各位朋友们大家好，今天是我的leedcode刷题系列的第六篇。这篇文章将与队列方面的知识相关，因为这些知识用C语言实现较为复杂，所以我们就只使用Java来实现。

文章目录

设计循环队列
- 题目要求
- 用例输入
- 提示
- 做题思路
- 代码实现
用栈实现队列
- 题目要求
- 用例输入
- 提示
- 做题思路
- 代码实现
用队列实现栈
- 题目要求
- 用例输入
- 做题思路
- 代码实现

设计循环队列

leedcode之设计循环队列（难度：简单）

题目要求

设计你的循环队列实现。循环队列是一种线性数据结构，其操作表现基于 FIFO（先进先出）原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。

循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里，一旦一个队列满了，我们就不能插入下一个元素，即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列，我们能使用这些空间去存储新的值。

你的实现应该支持如下操作：

MyCircularQueue(k): 构造器，设置队列长度为 k 。
Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 。
Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。
enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
isFull(): 检查循环队列是否已满。

这是题目提供的接口

class MyCircularQueue {

    public MyCircularQueue(int k) {

    }
    
    public boolean enQueue(int value) {

    }
    
    public boolean deQueue() {

    }
    
    public int Front() {

    }
    
    public int Rear() {

    }
    
    public boolean isEmpty() {

    }
    
    public boolean isFull() {

    }
}

/**
 * Your MyCircularQueue object will be instantiated and called as such:
 * MyCircularQueue obj = new MyCircularQueue(k);
 * boolean param_1 = obj.enQueue(value);
 * boolean param_2 = obj.deQueue();
 * int param_3 = obj.Front();
 * int param_4 = obj.Rear();
 * boolean param_5 = obj.isEmpty();
 * boolean param_6 = obj.isFull();
 */

用例输入

示例：

MyCircularQueue circularQueue = new MyCircularQueue(3); // 设置长度为 3
circularQueue.enQueue(1); // 返回 true
circularQueue.enQueue(2); // 返回 true
circularQueue.enQueue(3); // 返回 true
circularQueue.enQueue(4); // 返回 false，队列已满
circularQueue.Rear(); // 返回 3
circularQueue.isFull(); // 返回 true
circularQueue.deQueue(); // 返回 true
circularQueue.enQueue(4); // 返回 true
circularQueue.Rear(); // 返回 4

提示

所有的值都在 0 至 1000 的范围内；
操作数将在 1 至 1000 的范围内；
请不要使用内置的队列库。

做题思路

在做这个题之前我们需要知道什么是循环队列。普通的队列我们应该知道吧，队列是一种数据结构，他的特点是一端进，一端出，先进先出（FIFO）。但是当它出队列了之后它队头的空间就被空出来了，我们插入数据的时候又只能从队尾插入，所以我们队头的空间就得不到利用了，这就造成了空间的浪费。而我么循环链表的原理是，当我们的队尾到达了数组的末尾时，我们再回来利用队头已经出去了的空间。

在这里插入图片描述
当队列里面为空时，front和rear都指向数组下表为0的位置，当向队列中插入数据的时候我们的rear就向后移动，rear = (rear+1)%length,当(rear+1)%length == front的时候说明队列满了。

在这里插入图片描述

代码实现

class MyCircularQueue {

//用数组实现队列
    private int[] elem;
    //队列的头
    private int front;
    //队列的尾
    private int rear;

    public MyCircularQueue(int k) {
    //这里我们浪费一个空间来判断队列是否满了
        this.elem = new int[k+1];
    }

    public boolean enQueue(int value) {
        if(isFull()) {
            return false;
        }
        this.elem[rear] = value;
        rear = (rear+1)%elem.length;
        return true;
    }

    public boolean deQueue() {
        if(isEmpty()) {
            return false;
        }
        front = (front+1)%elem.length;
        return true;
    }

    public int Front() {
        if(isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return elem[front];
    }

    public int Rear() {
        if(isEmpty()) {
            return -1;
        }
        //因为rear总是指向队列尾的下一个位置，
        //所以我们返回队尾的值的时候就返回rear的前一个位置的值，
        //但是当rear为0时，我们不能返回-1，我们返回数组下标最大的值
        int index = (rear == 0) ? elem.length-1:rear-1;
        return elem[index];
    }

    public boolean isEmpty() {
        if(front == rear) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    public boolean isFull() {
        return (rear+1)%elem.length == front;
    }
}

/**
 * Your MyCircularQueue object will be instantiated and called as such:
 * MyCircularQueue obj = new MyCircularQueue(k);
 * boolean param_1 = obj.enQueue(value);
 * boolean param_2 = obj.deQueue();
 * int param_3 = obj.Front();
 * int param_4 = obj.Rear();
 * boolean param_5 = obj.isEmpty();
 * boolean param_6 = obj.isFull();
 */

在这里插入图片描述

用栈实现队列

leedcode之用栈实现队列（难度：简单）

题目要求

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。

这是题目提供的接口

class MyQueue {

    public MyQueue() {

    }
    
    public void push(int x) {

    }
    
    public int pop() {

    }
    
    public int peek() {

    }
    
    public boolean 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();
 * boolean param_4 = obj.empty();
 */

用例输入

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）

做题思路

我们都知道栈和队列的特点是不同的，栈是一端进出，先进后出（FILO），这与队列的一端进一端出，先进先出（FIFO）是不一样的。也就是我们用一个栈来实现队列是很难的，所以我们需要用两个栈stack1和stack2来实现队列。当我们插入数据的时候，如果satck2不为空，需要先将stack2中的数据弹出并插入到satck1中，然后再将需要插入的数据插入到stack1中，当我们取出数据的时候我们就将satack1中的数据弹出并插入到satck2中，然后我们对stack2进行弹出。
我们先来看个例子：先push1，2，3，4，然后pop，再push5
在这里插入图片描述
插入1，2，3，4

取出数据

插入5

取出数据

代码实现

class MyQueue {
    private Stack<Integer> stack1;
    private Stack<Integer> stack2;

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

    public void push(int x) {
        while(!stack2.isEmpty()) {
            stack1.push(stack2.pop());
        }
        stack1.push(x);
    }

    public int pop() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        while(!stack1.isEmpty()) {
            stack2.push(stack1.pop());
        }
        return stack2.pop();
    }

    public int peek() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(stack2.isEmpty()) {
            while(!stack1.isEmpty()) {
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
        return stack2.peek();
    }

    public boolean empty() {
        return stack1.isEmpty() && stack2.isEmpty();
    }
}

/**
 * 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();
 * boolean param_4 = obj.empty();
 */

在这里插入图片描述

用队列实现栈

leedcode之用队列实现栈（难度：简单）

题目要求

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。

用例输入

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

这是题目提供的接口

class MyStack {

    public MyStack() {

    }
    
    public void push(int x) {

    }
    
    public int pop() {

    }
    
    public int top() {

    }
    
    public boolean 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();
 * boolean param_4 = obj.empty();
 */

做题思路

这个题目我们同样只使用一个队列是无法实现栈的，所以我们还是需要两个队列qu1和qu2。我们插入数据就插入到非空队列中，如果两个队列都为空，我们就插入到qu1中；当我们需要取出数据的时候，我们需要将非空队列中size-1个数据弹出并插入到那个空队列中，然后再弹出非空队列中剩下的那个数据就是我们需要的数据。

举个例子：我们需要先插入1，2，3，4，然后弹出一次，再插入5，再弹出。
在这里插入图片描述
弹出4

插入5

弹出5

代码实现

class MyStack {

    private Queue<Integer> qu1;
    private Queue<Integer> qu2;
    public MyStack() {
        qu1 = new LinkedList<>();
        qu2 = new LinkedList<>();
    }

    public void push(int x) {
        if(!qu1.isEmpty()) {
            qu1.offer(x);
        } else if(!qu2.isEmpty()) {
            qu2.offer(x);
        } else {
            qu1.offer(x);
        }
    }

    public int pop() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        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();
        } else {
            int size = qu2.size();
            for(int i = 0; i<size-1; i++) {
                int val = qu2.poll();
                qu1.offer(val);
            }
            return qu2.poll();
        }
    }

    public int top() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        int val1 = -1;
        if(!qu1.isEmpty()) {
            int size = qu1.size();
            for(int i = 0; i<size; i++) {
                int val = qu1.poll();
                val1 = val;
                qu2.offer(val);
            }
        } else {
            int size = qu2.size();
            for(int i = 0; i<size; i++) {
                int val = qu2.poll();
                val1 = val;
                qu1.offer(val);
            }
        }
        return val1;
    }

    public boolean empty() {
        return qu1.isEmpty() && qu2.isEmpty();
    }
}

/**
 * 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();
 * boolean param_4 = obj.empty();
 */