代码随想录算法训练营第十天 | 理论基础，232.用栈实现队列，225. 用队列实现栈

news2024/11/15 11:16:02

一、参考资料

理论基础

文章讲解：https://programmercarl.com/%E6%A0%88%E4%B8%8E%E9%98%9F%E5%88%97%E7%90%86%E8%AE%BA%E5%9F%BA%E7%A1%80.html

用栈实现队列

题目链接/文章讲解/视频讲解：https://programmercarl.com/0232.%E7%94%A8%E6%A0%88%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E9%98%9F%E5%88%97.html

用队列实现栈

题目链接/文章讲解/视频讲解：https://programmercarl.com/0225.%E7%94%A8%E9%98%9F%E5%88%97%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E6%A0%88.html

二、理论基础

三个最为普遍的STL版本：

HP STL 其他版本的C++ STL，一般是以HP STL为蓝本实现出来的，HP STL是C++ STL的第一个实现版本，而且开放源代码。

P.J.Plauger STL 由P.J.Plauger参照HP STL实现出来的，被Visual C++编译器所采用，不是开源的。

SGI STL 由Silicon Graphics Computer Systems公司参照HP STL实现，被Linux的C++编译器GCC所采用，SGI STL是开源软件，源码可读性甚高。

栈的内部结构，栈的底层实现可以是vector，deque，list 都是可以的，主要就是数组和链表的底层实现。

三、LeetCode232.用栈实现队列

https://leetcode.cn/problems/implement-queue-using-stacks/

请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作（push、pop、peek、empty）：
实现 MyQueue 类：
void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾
int pop() 从队列的开头移除并返回元素
int peek() 返回队列开头的元素
boolean empty() 如果队列为空，返回 true ；否则，返回 false
说明：
你只能使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque（双端队列）来模拟一个栈，只要是标准的栈操作即可。

示例 1：
输入： ["MyQueue", "push", "push", "peek", "pop", "empty"] [[], [1], [2], [], [], []] 输出： [null, null, null, 1, 1, false] 解释： MyQueue myQueue = new MyQueue(); myQueue.push(1); // queue is: [1] myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue) myQueue.peek(); // return 1 myQueue.pop(); // return 1, queue is [2] myQueue.empty(); // return false
提示：
1 <= x <= 9
最多调用 100 次 push、pop、peek 和 empty
假设所有操作都是有效的（例如，一个空的队列不会调用 pop 或者 peek 操作）

进阶：
你能否实现每个操作均摊时间复杂度为 O(1) 的队列？换句话说，执行 n 个操作的总时间复杂度为 O(n) ，即使其中一个操作可能花费较长时间。

class MyQueue {
public:
    stack<int> stIn;
    stack<int> stOut;
    // 初始化数据结果
    MyQueue() {

    }
    // push(x) -- 将一个元素放入队列的尾部
    void push(int x) {
        stIn.push(x);
    }
    // pop() -- 从队列首部移除元素
    int pop() {
        // 只有当stOut为空的时候，再从stIn里导入数据（导入stIn全部数据）
        if (stOut.empty()) {
            // 从stIn导入数据直到stIn为空
            while (!stIn.empty()) {
                stOut.push(stIn.top());
                stIn.pop();
            }
        }
        int result = stOut.top();
        stOut.pop();
        return result;
    }
    // peek() -- 返回队列首部的元素
    int peek() {
        // 直接使用已有的pop函数
        int res = this->pop();
        // 因为pop函数弹出了元素res，所以再添加回去
        stOut.push(res);
        return res;
    }
    // empty() -- 返回队列是否为空
    bool empty() {
        return stIn.empty() && stOut.empty();
    }
};

/**
 * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
 * MyQueue* obj = new MyQueue();
 * obj->push(x);
 * int param_2 = obj->pop();
 * int param_3 = obj->peek();
 * bool param_4 = obj->empty();
 */

四、LeetCode225. 用队列实现栈

https://leetcode.cn/problems/implement-stack-using-queues/description/

请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通栈的全部四种操作（push、top、pop 和 empty）。
实现 MyStack 类：
void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。
int pop() 移除并返回栈顶元素。
int top() 返回栈顶元素。
boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false 。

注意：
你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作。
你所使用的语言也许不支持队列。你可以使用 list （列表）或者 deque（双端队列）来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。

示例：
输入： ["MyStack", "push", "push", "top", "pop", "empty"] [[], [1], [2], [], [], []] 输出： [null, null, null, 2, 2, false] 解释： MyStack myStack = new MyStack(); myStack.push(1); myStack.push(2); myStack.top(); // 返回 2 myStack.pop(); // 返回 2 myStack.empty(); // 返回 False
提示：
1 <= x <= 9
最多调用100 次 push、pop、top 和 empty
每次调用 pop 和 top 都保证栈不为空

进阶：你能否仅用一个队列来实现栈。

两个队列版本代码实现-2023.1.20

class MyStack {
public:
    // 两个队列版本
    queue<int> que1;
    queue<int> que2; // 辅助队列，用来备份
    // 初始化数据结构
    MyStack() {

    }
    // push(x) -- 元素 x 入栈
    void push(int x) {
        que1.push(x);
    }
    // pop() -- 移除栈顶元素
    int pop() {
        int size = que1.size();
        size--;
        // 将que1导入que2，但要留下最后一个元素
        while (size--) {
            que2.push(que1.front());
            que1.pop();
        }

        // 留下的最后一个元素就是要返回的值
        int result = que1.front();
        que1.pop();
        // 再将que2赋值给que1
        que1 = que2;
        // 清空que2
        while (!que2.empty()) {
            que2.pop();
        }
        return result;
    }
    // top() -- 获取栈顶元素
    int top() {
        return que1.back();
    }
    // empty() -- 返回栈是否为空
    bool empty() {
        return que1.empty();
    }
};

/**
 * Your MyStack object will be instantiated and called as such:
 * MyStack* obj = new MyStack();
 * obj->push(x);
 * int param_2 = obj->pop();
 * int param_3 = obj->top();
 * bool param_4 = obj->empty();
 */

一个队列版本代码实现-2023.1.20 进阶

class MyStack {
public:
    // 一个队列实现版本
    queue<int> que;
    /** Initialize your data structure here. */
    MyStack() {

    }
    /** Push element x onto stack. */
    void push(int x) {
        que.push(x);
    }
    /** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
    int pop() {
        int size = que.size();
        size--;
        while (size--) { // 将队列头部的元素（除了最后一个元素外） 重新添加到队列尾部
            que.push(que.front());
            que.pop();
        }
        int result = que.front(); // 此时弹出的元素顺序就是栈的顺序了
        que.pop();
        return result;
    }

    /** Get the top element. */
    int top() {
        return que.back();
    }

    /** Returns whether the stack is empty. */
    bool empty() {
        return que.empty();
    }
};

/**
 * Your MyStack object will be instantiated and called as such:
 * MyStack* obj = new MyStack();
 * obj->push(x);
 * int param_2 = obj->pop();
 * int param_3 = obj->top();
 * bool param_4 = obj->empty();
 */

总结：