用队列实现栈VS用栈实现队列

news2024/9/22 2:32:24

之前我们就讲过队列,栈的基础知识,笔者之前有过详细的介绍,感兴趣的可以根据笔者的个人主页进行查找:https://blog.csdn.net/weixin_64308540/?type=lately

225. 用队列实现栈

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(pushtoppopempty)。

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。

首先我们需要知道的是:

队列:先进先出  :先进后出模式,所以,一个队列不能实现栈,只能用两个队列!!

我们在MyStack文件:

首先,我们需要定义一个两个队列:

 private Queue<Integer> qu1;
 private Queue<Integer> qu2;    

然后,我们需要对这两个队列进行初始化:

   //初始化两个队列
    public MyStack(){
        qu1=new LinkedList<>();
        qu2=new LinkedList<>();
    }
    

接下来,我们就需要进入真正的主题了:

  1. 将元素压入栈

    // 将元素压入栈  找不为空的队列
    public void push(int x){
        if (!qu1.isEmpty()){
            qu1.offer(x);
        }else if (!qu2.isEmpty()){
            qu2.offer(x);
        }else {
            qu1.offer(x);
        }
    }

将元素压入栈,这个思路很简单!!(主要还是要找不为空的队列)

qu1与qu2两个队列,哪个队列不为空,就放哪个,如果两个队列都为空,则放qu1队列!!

  1. 移除并且返回栈顶元素

    //移除并且返回栈顶元素
    //出栈并返回,出size-1个元素,到另一个队列中
    public int pop(){
        if (empty()){
            return -1;//如果两个队列都为空,则说明,当前栈为空
        }
        if (!qu1.isEmpty()){
            int size=qu1.size();
            for (int i = 0; i < size-1; i++) {
                int val=qu1.poll();
                qu2.offer(val);
            }
            return qu1.poll();
            //最后qu1剩余1个,就是我们想要移除的
        }else {
            int size=qu2.size();
            for (int i = 0; i < size-1; i++) {
                int val=qu2.poll();
                qu1.offer(val);
            }
            return qu2.poll();
            //最后qu2剩余1个,就是我们想要移除的
        }
    }

在这个思路中,我们需要将第一个栈(不为空)的size个元素,移到第二个栈(为空)的里面,最后所剩余的哪一个,就是我们想要移除的元素!

在这里,我们用到了:判断栈是否为空:

  //如果栈是空的,则返回true,否则,返回false
    public boolean empty(){
        return qu1.isEmpty() && qu2.isEmpty();
        //确保两个队列都不为空
    }
  1. 返回栈顶元素(peek()偷看)


    //返回栈顶元素(peek()偷看)
    public int pop(){
        if (empty()){
            return -1;
        }
        if (!qu1.isEmpty()){
            int size=qu1.size();
            int val=-1;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                val=qu1.poll();
                qu2.offer(val);
            }
            return val;
        }else {
            int size=qu2.size();
            int val=-1;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                val=qu2.poll();
                qu1.offer(val);
            }
            return val;
        }
    }

主要的思路:判断是否为空:若qu1不为空,则通过val将qu1中的数据全部转移到qu2中,最后一次转移的值,就是我们想要的!

232. 用栈实现队列

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(pushpoppeekempty):

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:

  • 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。

初始准备阶段:准备两个栈:

   private Stack<Integer> stack1;
    private Stack<Integer> stack2;

然后我们在对准备好的两个栈,进行初始化:

  public MyQueue() {
        stack1=new Stack<>();
        stack2=new Stack<>();
    }

下面,我们就开始步入正轨:

  1. 将元素x 推到队列的队尾:

  //将元素x推到队列的末尾
    public void push(int x){
        stack1.push(x);
        //往栈中放入元素,全部放入第一个栈中
    }
  1. 从队列的开头移除并返回元素:

  //从队列的开头移除并返回元素:
    public int pop(){
        if (empty()){
            return -1;
        }
        if (stack2.empty()){
            while (!stack1.empty()){
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
        return stack2.pop();//将第2个栈的栈顶元素出栈
    }

在这个过程中:我们规定,第一个栈:输入栈,第二个栈:输出栈,当第二个栈为空时,则将第一个栈的所有元素都导入第二个栈中

  1. 在这个代码中,我们自己定义了一个:判断栈是否为空的函数:

 //如果队列为空,返回true,否则返回false
    public boolean empty(){
        return stack1.empty() && stack2.empty();
    }
  1. 返回队列开头的元素(偷看)

   //返回队列开头的元素(偷看)
    public int peek(){
        if (empty()){
            return -1;
        }
        if (stack2.empty()){
            while (!stack1.empty()){
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
        //偷看,第2个栈的栈顶元素
        return stack2.peek();
    }

在上述的两个列题中,我们分别用用队列实现栈,用栈实现队列,作为两个小小的列题,我们最后可以得出一下规律:

- 用队列实现栈:

- 优点:因为栈是后进先出的结构,用队列可以有效的实现这一性质,即添加元素为一个队列的末端,而移除元素只允许从另一个队列的末端移除。

- 缺点:实现较为复杂,需要两个队列来进行实现,还需要额外的空间来存储数据。

- 用栈实现队列:

- 优点:实现简单,只需要用一个栈来存储数据,另一个栈仅仅用于存储另一个栈的临时元素。

- 缺点:由于栈只能实现先进后出的结构,它不能有效的实现队列的先进先出的特性。

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