【剑指 Offer 09 用两个栈实现队列】

题目描述:

 

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode-cn.com/problems/yong-liang-ge-zhan-shi-xian-dui-lie-lcof

要求:

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 appendTail deleteHead ,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

  • 理解栈和队列的性质:

  • > 思路:

维护两个栈,第一个栈支持插入操作,第二个栈支持删除操作。

根据栈先进后出的特性,我们每次往第一个栈里插入元素后,第一个栈的底部元素是最后插入的元素,第一个栈的顶部元素是下一个待删除的元素。为了维护队列先进先出的特性,我们引入第二个栈,用第二个栈维护待删除的元素,在执行删除操作的时候我们首先看下第二个栈是否为空。如果为空,我们将第一个栈里的元素一个个弹出插入到第二个栈里,这样第二个栈里元素的顺序就是待删除的元素的顺序,要执行删除操作的时候我们直接弹出第二个栈的元素返回即可。

  •   

    Krahets 解析图

  • 如果栈 A  和 B 都为空,执行deletehead()函数返回 -1;

  • 调用appendTail() 函数,将5压入栈

  •  再调用appendTail() 函数,将2压入栈,此时队列中队首元素是5,队尾元素是2;

 

  • 此时,队列中应当是: 队列的队首元素 5 ,队尾元素为2

  •  执行deletehead()函数,就是删除队列的头部元素 5 ,此时栈A的内, 5为栈底 、2为栈顶元素 (不能直接拿出 5 来删除);而栈 B 为空,需要把栈A的元素执行倒叙为,将5变为栈顶元素 、2为栈底元素,这样可以直接弹出5元素,按照队列的进出规则,删除队首元素5

  •  再次执行deletehead()函数,栈 B 不为空,栈 B 弹出的元素,与删除队列队首元素相同,可以直接弹出栈  B  的元素,来执行删除队首的元素指令。

 

 

成员变量

维护两个栈 stack1 和 stack2,其中 stack1 支持插入操作,stack2 支持删除操作
构造方法

        初始化 stack1 和 stack2 为空
插入元素

插入元素对应方法 appendTail

        stack1 直接插入元素
删除元素

删除元素对应方法 deleteHead

        如果 stack2 为空,则将 stack1 里的所有元素弹出插入到 stack2 里
        如果 stack2 仍为空,则返回 -1,否则从 stack2 弹出一个元素并返回

(官方解析配图)

fig1

 c++

class CQueue {
    stack<int> stack1,stack2;
public:
    CQueue() {
        while (!stack1.empty()) {
            stack1.pop();
        }
        while (!stack2.empty()) {
            stack2.pop();
        }
    }
    
    void appendTail(int value) {
        stack1.push(value);
    }
    
    int deleteHead() {
        // 如果第二个栈为空
        if (stack2.empty()) {
            while (!stack1.empty()) {
                stack2.push(stack1.top());
                stack1.pop();
            }
        } 
        if (stack2.empty()) {
            return -1;
        } else {
            int deleteItem = stack2.top();
            stack2.pop();
            return deleteItem;
        }
    }
};




python

class CQueue(object):

    def __init__(self):
        self.A,self.B = [], []

    def appendTail(self, value:int) -> None:
        """
        :type value: int
        :rtype: None
        """
        self.A.append(value);

    def deleteHead(self) -> int:
        """
        :rtype: int
        """
        if self.B:
            return self.B.pop();
        if not self.A:
                return -1;
        while self.A:
            self.B.append(self.A.pop());
        return self.B.pop();



# Your CQueue object will be instantiated and called as such:
# obj = CQueue()
# obj.appendTail(value)
# param_2 = obj.deleteHead()

复杂度分析

时间复杂度:对于插入和删除操作,时间复杂度均为 O(1)。插入不多说,对于删除操作,虽然看起来是 O(n) 的时间复杂度,但是仔细考虑下每个元素只会「至多被插入和弹出 stack2 一次」,因此均摊下来每个元素被删除的时间复杂度仍为 O(1)。

空间复杂度:O(n)。需要使用两个栈存储已有的元素。

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