【剑指 Offer 学习计划】 第一天 栈与队列

第一天 栈与队列 (简单)

剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列

来源:力扣(LeetCode)

链接:https://leetcode-cn.com/problems/yong-liang-ge-zhan-shi-xian-dui-lie-lcof

题目

用两个栈实现一个队列。队列的声明如下,请实现它的两个函数 appendTaildeleteHead ,分别完成在队列尾部插入整数和在队列头部删除整数的功能。(若队列中没有元素,deleteHead 操作返回 -1 )。

示例 1:

输入:
["CQueue","appendTail","deleteHead","deleteHead"]
[[],[3],[],[]]
输出:[null,null,3,-1]

示例 2:

输入:
["CQueue","deleteHead","appendTail","appendTail","deleteHead","deleteHead"]
[[],[],[5],[2],[],[]]
输出:[null,-1,null,null,5,2]

提示:

  • 1 <= values <= 10000
  • 最多会对 appendTail、deleteHead 进行 10000 次调用

解题思路:

难点:花 5 分钟才看懂题目的输入。。。

在这里插入图片描述

  • 首先,我们要知道队列的特性是先进先出,只能在队头做删除操作;而栈的特性是先进后出只能在一端(称为栈顶 (top) )对数据项进行插入和删除。
  • 我们要做到的是,队列队头(即栈底)做删除操作,队列队尾(即栈顶)做插入操作。
  • 因为 Stack 类中有 push()方法,用栈实现尾部插入整数很简单,但要模拟在队列头部删除整数的功能,在同一个栈是做不到的,所以这里需要两个栈来模拟队列。

以下是 Stack 类的一些方法:

方法 方法描述
boolean empty() 测试堆栈是否为空。
Object peek( ) 查看堆栈顶部的对象,但不从堆栈中移除它。
Object pop( ) 移除堆栈顶部的对象,并作为此函数的值返回该对象。
Object push(Object element) 把项压入堆栈顶部。

辅助栈 stack2(存储待删除的元素):将 stack1 的元素一个个弹出插入到 stack2,此时 stack1 底部的元素就到了 stack2 的栈顶(倒序),stack2 调用pop()方法即可实现删除头部整数。

CQueue(初始化):两个栈的初始化。

appendTail(在队列尾部插入整数即 stack1 入栈):直接向 stack1 插入。

deleteHead(在队列头部删除整数即 stack2 出栈):

  • 如果 stack1、stack2 都为空,则直接返回 -1,否则 stack1、stack2 必有一个不为空。
  • 如果只有 stack2 为空,将 stack1 的元素一个个弹出插入到 stack2
  • 到了第三步,经过一二步骤的判断,此时 stack2 里不为空,我们直接再弹出 stack2 栈顶元素。

代码

class CQueue {
    
    

    // 题目说了 两个栈 stack1 存储元素,方便尾部插入,stack2 存储队列的倒序,方便删除
    private Stack<Integer> stack1, stack2;

    // 初始化
    public CQueue() {
    
    
        stack1 = new Stack<>();
        stack2 = new Stack<>();
    }
    
    // stack1 存储元素
    public void appendTail(int value) {
    
    
        stack1.push(value);
    }
    
    // 移除元素
    public int deleteHead() {
    
    
        // 两个栈为空
        if(stack1.empty() && stack2.empty()){
    
    
            return -1;
        }
        // stack1 不为空
        if(stack2.empty()){
    
    
            while(!stack1.empty()){
    
    
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
        return stack2.pop();
    }
}

/**
 * Your CQueue object will be instantiated and called as such:
 * CQueue obj = new CQueue();
 * obj.appendTail(value);
 * int param_2 = obj.deleteHead();
 */

在这里插入图片描述

剑指 Offer 30. 包含min函数的栈

来源:力扣(LeetCode)

链接:https://leetcode-cn.com/problems/bao-han-minhan-shu-de-zhan-lcof

题目

定义栈的数据结构,请在该类型中实现一个能够得到栈的最小元素的 min 函数在该栈中,调用 minpushpop 的时间复杂度都是 O(1)

示例:

MinStack minStack = new MinStack();
minStack.push(-2);
minStack.push(0);
minStack.push(-3);
minStack.min();   --> 返回 -3.
minStack.pop();
minStack.top();      --> 返回 0.
minStack.min();   --> 返回 -2.

提示:

  1. 各函数的调用总次数不超过 20000 次

解题思路:

这道题的重点是求出栈里元素的最小值,因为 Stack 类并没有提供函数,每次采用对 Stack 集合遍历方式,时间复杂度就不太理想了。

而题目要求调用 minpushpop 的时间复杂度都是 O(1)。

一般情况下,栈的 pushpop 的时间复杂度就是 O(1)了,所以我们只需要以 O(1) 的时间复杂度查找栈中的最小值。

  • 刚开始思路:打算用一个变量存放当前最小值,每次 push 更新,但是当我的 pop 掉的值刚好是当前最小值的时候,变量就没有参照价值了,后面想到用辅助栈 stack2 保存最小值。
  • 辅助栈 stack2 来存储每次 push 进新元素时对应的最小值,如果最小值小于等于(题目没说 push 进去的元素不能重复) stack2 栈顶对应的元素(表示 stack 栈中的最小值),那么就 push 进 stack2 。出栈时如果pop 掉的值刚好是当前最小值的时候,也要pop掉辅助栈 stack2 的栈顶元素。

注意点:

在本题 pop方法中,来判断 stack1 的栈顶元素是否与 stack1 的栈顶元素是否相等。如果用 == 将会无法通过。(看了榜一的题解才了解到o(╥﹏╥)o)

因为对于某些值,s1.push(x) 会转化为 s1.push(Integer.valueOf(x)),然后会利用 cache 的值,导致实例复用。 Integer 的 equals 重写过,比较的是内部 value 的值, == 如果在 [-128,127] 会被 cache 缓存,超过这个范围则比较的是对象是否相同。

代码

class MinStack {
    
    

    // stack1 存储栈, stack2 栈顶存储栈的最小值
    private Stack<Integer> stack1, stack2;

    /** initialize your data structure here. */
    public MinStack() {
    
    
        stack1 = new Stack<>();
        stack2 = new Stack<>();
    }
    
    public void push(int x) {
    
    
        // stack1 已经空了 或者 stack2 原最小值大于等于 x
        if(stack2.empty() || stack2.peek() >= x){
    
    
            stack2.push(x);
        }
        stack1.push(x);
    }
    
    public void pop() {
    
    
        if(stack1.pop().equals(stack2.peek())){
    
    
            stack2.pop();
        }
    }
    
    public int top() {
    
    
        return stack1.peek();
    }
    
    public int min() {
    
    
        return stack2.peek();
    }
}

/**
 * Your MinStack object will be instantiated and called as such:
 * MinStack obj = new MinStack();
 * obj.push(x);
 * obj.pop();
 * int param_3 = obj.top();
 * int param_4 = obj.min();
 */

在这里插入图片描述

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