图解LeetCode——895. 最大频率栈（难度：困难）

news2024/11/27 14:42:17

一、题目

设计一个类似堆栈的数据结构，将元素推入堆栈，并从堆栈中弹出 出现频率 最高的元素。

实现 FreqStack 类:

FreqStack() 构造一个空的堆栈。
void push(int val) 将一个整数 val 压入栈顶。
int pop() 删除并返回堆栈中出现频率最高的元素。如果出现频率最高的元素不只一个，则移除并返回最接近栈顶的元素。

二、示例

2.1> 示例 1：

【输入】["FreqStack","push","push","push","push","push","push","pop","pop","pop","pop"], [[],[5],[7],[5],[7],[4],[5],[],[],[],[]]
【输出】[null,null,null,null,null,null,null,5,7,5,4]
【解释】FreqStack = new FreqStack();
freqStack.push(5); // 堆栈为 [5]
freqStack.push(7); // 堆栈是 [5,7]
freqStack.push(5); // 堆栈是 [5,7,5]
freqStack.push(7); // 堆栈是 [5,7,5,7]
freqStack.push(4); // 堆栈是 [5,7,5,7,4]
freqStack.push(5); // 堆栈是 [5,7,5,7,4,5]
freqStack.pop(); // 返回5，因为 5 出现频率最高。堆栈变成 [5,7,5,7,4]。
freqStack.pop(); // 返回7，因为 5 和 7 出现频率最高，但7最接近顶部。堆栈变成 [5,7,5,4]。
freqStack.pop(); // 返回5，因为 5 出现频率最高。堆栈变成 [5,7,4]。
freqStack.pop(); // 返回4，因为 4, 5 和 7 出现频率最高，但 4 是最接近顶部的。堆栈变成 [5,7]。

提示：

0 <= val <= 10^9
push 和 pop 的操作数不大于 2 * 10^4。
输入保证在调用 pop 之前堆栈中至少有一个元素。

三、解题思路

根据题目描述，我们需要解决两个问题：

【问题1】如何保存某个数字的出现次数？——采用Map<Integer, Integer> map维护
【问题2】如何保存相同出现次数情况下，多个数字集合的“入栈”和“出栈”顺序？——采用LinkedList[] st维护

我们以示例1为例，来看一下对于插入操作，是如何处理的：

【解释】
push(5) ：在map中{key=5, value=1}；在st中{key=1, value=[5]}；
push(7) ：在map中{key=5, value=1},{key=7, value=1}；在st中{key=1, value=[5, 7]}；
push(5) ：在map中{key=5, value=2},{key=7, value=1}；在st中{key=1, value=[5, 7]}, {key=2，value=[5]}；
push(7) ：在map中{key=5, value=2},{key=7, value=2}；在st中{key=1, value=[5, 7]}, {key=2，value=[5, 7]}；
push(4) ：在map中{key=5, value=2},{key=7, value=2},{key=4, value=1}；在st中{key=1, value=[5, 7, 4]}, {key=2，value=[5, 7]}；
push(5) ：在map中{key=5, value=3},{key=7, value=2},{key=4, value=1}；在st中{key=1, value=[5, 7, 4]}, {key=2，value=[5, 7]}, {key=3，value=[5]}；

我们还是以示例1为例，来看一下对于出栈操作，是如何处理的：

【解释】由于当前最大出现次数max等于3，所以，我们可以通过st[3]获得数字集合为：[5]，将5出栈之后，数字集合变为[]，因此max减1等于2，并且将map中数字5的出现次数减1，即：3-1=2。

我们再次执行出栈操作，再来看一下是如何处理的：

【解释】由于当前最大出现次数max等于2，所以，我们可以通过st[2]获得数字集合为：[5，7]，将7出栈之后，数字集合变为[5]，由于数字集合不为空，所以max依然等于2，然后将map中数字7的出现次数减1，即：2-1=1。

后续的出栈操作，以此类推，此处就不再赘述了。

四、代码实现

class FreqStack {
    Map<Integer, Integer> map = new HashMap(); // key：数字N  value：数字N出现的次数
    LinkedList<Integer>[] st = new LinkedList[2 * (int) 1e4]; // key：出现M次 value：出现M次的数字集合
    int max = 0; // 当前最大出现次数

    public FreqStack() {}

    public void push(int val) {
        int times = map.getOrDefault(val, 0) + 1; // 数字val的出现次数+1
        map.put(val, times);
        if (st[times] == null) st[times] = new LinkedList();
        st[times].add(val); // 将数字val放到以times为key的value集合中
        max = Math.max(max, times); // 尝试更新最大出现次数
    }

    public int pop() {
        int result = -1; // 待出栈数字
        while (max > 0) {
            if (st[max].size() == 0) max--; // 如果max次数对应的数字集合都已经出栈了，则max减1
            else {
                result = st[max].removeLast(); // 移除出现times次的数字集合中“末尾”的数字result
                break;
            }
        }
        map.put(result, map.getOrDefault(result, 0) - 1); // 将数字result的出现次数-1
        return result;
    }
}