栈与队列

91 天学算法

栈 Stack

具有 先进后出 特性。有如下几个操作:

  • push(x): 将 x 压入栈顶
  • pop(): 删除并返回栈顶元素
  • top(): 返回栈顶元素
  • isEmpty(): 判断是否为空

队列 Queue

队列 具有 先进先出 特性。有如下几个操作:

  • push(x): 将 x 压入队尾
  • pop(): 删除并返回队首元素
  • peek(): 返回队首元素
  • isEmpty(): 判断是否为空

LeetCode 题目

232. 用栈实现队列

https://leetcode-cn.com/problems/implement-queue-using-stacks/

题目描述

Note

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的支持的所有操作(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:

  • 你只能使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to toppeek/pop from topsize, 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。  

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。

提示:

  • 1 <= x <= 9
  • 最多调用 100 次 pushpoppeekempty
  • 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)

思路

  • 用数组 list 实现栈
  • 栈与队列的区别:栈作用于栈顶,队列作用于队首
    • pop()
    • peek()
  • 设计
    • self.a 记录队首(栈底)元素
    • pop() 操作时,主栈 self.A 需要借助辅助栈 self.B
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      while self.A: 
          self.B.append(self.A.pop())
          res = self.B.pop()
          while self.B:
              self.push(self.B.pop())
          return res
      
    • peek() 操作,直接返回 self.a

代码 Python

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class MyQueue:

    def __init__(self):
        """
        Initialize your data structure here.
        """
        self.A, self.B = [], []
        self.a = None


    def push(self, x: int) -> None:
        """
        Push element x to the back of queue.
        """
        if not self.A: self.a = x
        self.A.append(x)


    def pop(self) -> int:
        """
        Removes the element from in front of queue and returns that element.
        """
        while self.A: 
            self.B.append(self.A.pop())
        res = self.B.pop()
        while self.B:
            self.push(self.B.pop())
        return res


    def peek(self) -> int:
        """
        Get the front element.
        """
        return self.a


    def empty(self) -> bool:
        """
        Returns whether the queue is empty.
        """
        return not self.A

225. 用队列实现栈

https://leetcode-cn.com/problems/implement-stack-using-queues/

题目描述

Note

请你仅使用两个队列实现一个后入先出(LIFO)的栈,并支持普通队列的全部四种操作(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 backpeek/pop from frontsize 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。

提示:

  • 1 <= x <= 9
  • 最多调用100 次 pushpoptopempty
  • 每次调用 poptop 都保证栈不为空

进阶: 你能否实现每种操作的均摊时间复杂度为 $O(1)$ 的栈?换句话说,执行 $n$ 个操作的总时间复杂度 $O(n)$ ,尽管其中某个操作可能需要比其他操作更长的时间。你可以使用两个以上的队列。

思路

  • 思路类似于 232 用栈实现队列
  • self.a 记录栈顶(队尾)元素
  • pop() 操作时,主队列 self.A 需要借助辅助队列 self.B
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    while len(self.A) > 1:
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          res = self.A.popleft()
          while self.B:
              self.push(self.B.popleft())
          return res
    
  • top() 操作时,直接返回 self.a

代码 Python

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from collections import deque
class MyStack:

    def __init__(self):
        """
        Initialize your data structure here.
        """
        self.A, self.B = deque(), deque()
        self.a = None


    def push(self, x: int) -> None:
        """
        Push element x onto stack.
        """
        self.A.append(x)
        self.a = x


    def pop(self) -> int:
        """
        Removes the element on top of the stack and returns that element.
        """
        while len(self.A) > 1:
            self.B.append(self.A.popleft())
        res = self.A.popleft()
        while self.B:
            self.push(self.B.popleft())
        return res
        

    def top(self) -> int:
        """
        Get the top element.
        """
        return self.a


    def empty(self) -> bool:
        """
        Returns whether the stack is empty.
        """
        return not bool(self.A)
updatedupdated2021-05-272021-05-27
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