【每天一题】剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列

    技术2024-01-07  74

    用两个栈实现一个队列。队列的声明如下,请实现它的两个函数 appendTail 和 deleteHead ,分别完成在队列尾部插入整数和在队列头部删除整数的功能。(若队列中没有元素,deleteHead 操作返回 -1 )

    示例 1: 输入: ["CQueue","appendTail","deleteHead","deleteHead"] [[],[3],[],[]] 输出:[null,null,3,-1] 示例 2: 输入: ["CQueue","deleteHead","appendTail","appendTail","deleteHead","deleteHead"] [[],[],[5],[2],[],[]] 输出:[null,-1,null,null,5,2]

    读懂题目:很多人一看见示例 就蒙了,看半天没看明白,这是什么东西,下面来讲一下题意

    示例 1: 输入: ["CQueue","appendTail","deleteHead","deleteHead"] 这里是要执行的方法,从左到右执行

    [[],[3],[],[-1]]对应上面的方法,是上面方法的参数。CQueue和deleteHead方法不需要指定数字,只有添加才需要指定数字

    1.CQueue创建队列,返回值为null 2.appendTail将3压入栈,返回值为null 3.deleteHead将栈底的元素删除,也就是消息队列中先进来的元素,所以是deleteHead,返回该元素的数值,所以为3 4.deleteHead继续删除栈底的元素,但是没有元素了,所以返回-1 所以就有了下面的输出 输出:[null,null,3,-1]

    示例 2:

    输入: ["CQueue","deleteHead","appendTail","appendTail","deleteHead","deleteHead"] [[],[],[5],[2],[],[]] 1.创建队列,返回值为null 2.删除栈底的元素,但是没有元素,所以返回-1 3.把5压入栈,返回null 4.把2压入栈,返回null 5.删除栈底的一个元素,也就是消息队列中先进来的元素,所以是deleteHead,就是最先进来的5,返回值为5, 6.删除栈底的一个元素,就是后进来的2,返回值为2, 所以就有了下面的输出 输出:[null,-1,null,null,5,2]

    解题思路

    维护两个栈,第一个栈支持插入操作,第二个栈支持删除操作。 根据栈先进后出的特性,我们每次往第一个栈里插入元素后,第一个栈的底部元素是最后插入的元素,第一个栈的顶部元素是下一个待删除的元素。为了维护队列先进先出的特性,我们引入第二个栈,用第二个栈维护待删除的元素,在执行删除操作的时候我们首先看下第二个栈是否为空。如果为空,我们将第一个栈里的元素一个个弹出插入到第二个栈里,这样第二个栈里元素的顺序就是待删除的元素的顺序,要执行删除操作的时候我们直接弹出第二个栈的元素返回即可 伪代码

    成员变量 维护两个栈 stack1 和 stack2,其中 stack1 支持插入操作,stack2 支持删除操作 构造方法 初始化 stack1 和 stack2 为空 插入元素 插入元素对应方法 appendTail stack1 直接插入元素 删除元素 删除元素对应方法 deleteHead 如果 stack2 为空,则将 stack1 里的所有元素弹出插入到 stack2 里 如果 stack2 仍为空,则返回 -1,否则从 stack2 弹出一个元素并返回 class CQueue { Deque<Integer> stack1; Deque<Integer> stack2; public CQueue() { stack1 = new LinkedList<Integer>(); stack2 = new LinkedList<Integer>(); } public void appendTail(int value) { stack1.push(value); } public int deleteHead() { // 如果第二个栈为空 if (stack2.isEmpty()) { while (!stack1.isEmpty()) { stack2.push(stack1.pop()); } } if (stack2.isEmpty()) { return -1; } else { int deleteItem = stack2.pop(); return deleteItem; } } }

    复杂度分析 时间复杂度:对于插入和删除操作,时间复杂度均为 O(1)。插入不多说,对于删除操作,虽然看起来是 O(n) 的时间复杂度,但是仔细考虑下每个元素只会「至多被插入和弹出 stack2 一次」,因此均摊下来每个元素被删除的时间复杂度仍为 O(1)。 空间复杂度:O(n)。需要使用两个栈存储已有的元素。

    优化代码: 如果你使用Stack的方式来做这道题,会造成速度较慢; 原因的话是Stack继承了Vector接口,而Vector底层是一个Object[]数组,那么就要考虑空间扩容和移位的问题了。 可以使用LinkedList来做Stack的容器,因为LinkedList实现了Deque接口,所以Stack能做的事LinkedList都能做,其本身结构是个双向链表,扩容消耗少。 但是我的意思不是像100%代码那样直接使用一个LinkedList当做队列,那确实是快,但是不符题意。 贴上代码,这样的优化之后,效率提高了40%,超过97%。

    class CQueue { LinkedList<Integer> stack1; LinkedList<Integer> stack2; public CQueue() { stack1 = new LinkedList<Integer>(); stack2 = new LinkedList<Integer>(); } public void appendTail(int value) { stack1.push(value); } public int deleteHead() { // 如果第二个栈为空 if (stack2.isEmpty()) { while (!stack1.isEmpty()) { stack2.push(stack1.pop()); } } if (stack2.isEmpty()) { return -1; } else { int deleteItem = stack2.pop(); return deleteItem; } } }

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