LeetCode题练习与总结：窥视迭代器--284

news2024/10/8 13:37:45

一、题目描述

请你在设计一个迭代器，在集成现有迭代器拥有的 hasNext 和 next 操作的基础上，还额外支持 peek 操作。

实现 PeekingIterator 类：

PeekingIterator(Iterator<int> nums) 使用指定整数迭代器 nums 初始化迭代器。
int next() 返回数组中的下一个元素，并将指针移动到下个元素处。
bool hasNext() 如果数组中存在下一个元素，返回 true ；否则，返回 false 。
int peek() 返回数组中的下一个元素，但不移动指针。

注意：每种语言可能有不同的构造函数和迭代器 Iterator，但均支持 int next() 和 boolean hasNext() 函数。

示例 1：

输入：
["PeekingIterator", "next", "peek", "next", "next", "hasNext"]
[[[1, 2, 3]], [], [], [], [], []]
输出：
[null, 1, 2, 2, 3, false]

解释：
PeekingIterator peekingIterator = new PeekingIterator([1, 2, 3]); // [1,2,3]
peekingIterator.next();    // 返回 1 ，指针移动到下一个元素 [1,2,3]
peekingIterator.peek();    // 返回 2 ，指针未发生移动 [1,2,3]
peekingIterator.next();    // 返回 2 ，指针移动到下一个元素 [1,2,3]
peekingIterator.next();    // 返回 3 ，指针移动到下一个元素 [1,2,3]
peekingIterator.hasNext(); // 返回 False

提示：

1 <= nums.length <= 1000
1 <= nums[i] <= 1000
对 next 和 peek 的调用均有效
next、hasNext 和 peek 最多调用 1000 次

二、解题思路

为了实现PeekingIterator类，我们需要在内部维护一个迭代器的状态，并在每次调用next和peek时更新这个状态。以下是具体的实现步骤：

在构造函数中，我们需要接收一个整数迭代器nums，并初始化内部状态。我们可以定义一个变量nextElement来存储下一个元素，并在构造函数中立即调用一次next()来填充这个变量。
实现peek()方法时，我们只需要返回nextElement，而不需要更新迭代器的状态。
实现next()方法时，我们需要返回nextElement，并在返回之前调用迭代器的next()方法来更新nextElement。
实现hasNext()方法时，我们只需要检查nextElement是否为null，如果是null，则说明没有下一个元素了。

三、具体代码

class PeekingIterator implements Iterator<Integer> {
    private Integer nextElement = null;
    private Iterator<Integer> iterator;

    public PeekingIterator(Iterator<Integer> iterator) {
        // Initialize any member here.
        this.iterator = iterator;
        if (this.iterator.hasNext()) {
            nextElement = this.iterator.next();
        }
    }

    // Returns the next element in the iteration without advancing the iterator.
    public Integer peek() {
        return nextElement;
    }

    // hasNext() and next() should behave the same as in the Iterator interface.
    // Override them if needed.
    @Override
    public Integer next() {
        Integer current = nextElement;
        nextElement = iterator.hasNext() ? iterator.next() : null;
        return current;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return nextElement != null;
    }
}

四、时间复杂度和空间复杂度

1. 时间复杂度

PeekingIterator(Iterator<Integer> iterator)：构造函数中调用了hasNext()和next()方法，这两个操作的时间复杂度都是O(1)，因此构造函数的时间复杂度是O(1)。
peek()：该方法直接返回nextElement变量，不涉及任何循环或递归调用，因此时间复杂度是O(1)。
next()：该方法首先保存nextElement的值，然后检查迭代器是否有下一个元素，如果有，则调用next()方法。由于每次调用next()时，迭代器都会移动到下一个元素，这个操作的时间复杂度是O(1)。因此，next()方法的时间复杂度也是O(1)。
hasNext()：该方法检查nextElement是否为null，这是一个直接的变量访问操作，时间复杂度是O(1)。

综上所述，PeekingIterator类中所有方法的时间复杂度都是O(1)。

2. 空间复杂度

PeekingIterator(Iterator<Integer> iterator)：构造函数中，我们声明了一个nextElement变量和一个iterator变量。这两个变量的大小不依赖于输入数据的大小，因此空间复杂度是O(1)。
peek()：该方法没有使用额外的空间，所以空间复杂度是O(1)。
next()：该方法在执行过程中没有使用额外的空间，除了更新nextElement，所以空间复杂度是O(1)。
hasNext()：该方法没有使用额外的空间，所以空间复杂度是O(1)。

因此，PeekingIterator类的空间复杂度也是O(1)，即常数空间复杂度。这意味着无论输入数据的大小如何，PeekingIterator类使用的空间量保持不变。

五、总结知识点

接口实现（Interface Implementation）：
- PeekingIterator类实现了Iterator<Integer>接口，这意味着它必须提供next(), hasNext(), 和remove()方法（尽管在这个类中，remove()方法没有被重写）。
成员变量（Member Variables）：
- nextElement：一个Integer类型的成员变量，用于存储下一次调用next()时将返回的元素。
- iterator：一个Iterator<Integer>类型的成员变量，用于存储传入的迭代器实例。
构造函数（Constructor）：
- 构造函数接收一个Iterator<Integer>类型的参数，并在内部初始化成员变量。
方法重写（Method Overriding）：
- next()：重写了Iterator接口中的next()方法。
- hasNext()：重写了Iterator接口中的hasNext()方法。
条件判断（Conditional Statements）：
- 在构造函数和next()方法中使用了if语句来判断迭代器是否有下一个元素。
三目运算符（Ternary Operator）：
- 在next()方法中使用三目运算符来简洁地决定nextElement的值。
方法调用（Method Calls）：
- 调用传入迭代器的hasNext()和next()方法。
封装（Encapsulation）：
- nextElement被封装在类内部，外部无法直接访问，只能通过peek()方法来查看下一个元素。
返回值（Return Values）：
- peek()方法返回nextElement，但不修改它。
- next()方法返回nextElement，并更新nextElement为迭代器的下一个元素。
- hasNext()方法返回一个布尔值，表示是否还有更多的元素。
异常处理（Exception Handling）：
- 虽然在这个类中没有显式地处理异常，但实现迭代器时应该考虑可能抛出的NoSuchElementException（当没有更多元素时调用next()）。