代码随想录算法训练营第十天|232. 用栈实现队列,225. 用队列实现栈

文章介绍了如何使用栈来实现队列的功能,以及如何用队列来模拟栈的操作。在232题中,通过两个栈,一个用于输入,一个用于输出,确保了队列的FIFO特性。而在225题中,利用两个队列,通过转移元素来达到栈的LIFO特性。这两种实现都涉及到了数据结构的转换和操作。

代码随想录算法训练营第十天|232. 用栈实现队列,225. 用队列实现栈

232. 用栈实现队列

题目链接:232. 用栈实现队列,难度:简单
【实现代码】

class MyQueue {
public:
    stack<int> stIn;
    stack<int> stOut;
    MyQueue() {

    }
    
    void push(int x) {
        stIn.push(x);
    }
    
    int pop() {
        if (stOut.empty()) {
            while (!stIn.empty()) {
                stOut.push(stIn.top());
                stIn.pop();
            }
        }
        int result = stOut.top();
        stOut.pop();
        return result;
    }
    
    int peek() {
        int result = this->pop();
        stOut.push(result);
        return result;
    }
    
    bool empty() {
        if (stIn.empty() && stOut.empty()) {
            return true;
        }
        return false;
    }
};

【解题思路】

一个栈用作输入,一个栈用于输出,当输出的栈为空时,把输入的栈的元素放进输出的栈。

225. 用队列实现栈

题目链接:225. 用队列实现栈,难度:简单
【实现代码】

class MyStack {
public:
    queue<int> quIn;
    queue<int> quOut;

    MyStack() {

    }
    
    void push(int x) {
        quIn.push(x);
    }
    
    int pop() {
        while (quIn.size() > 1) {
            quOut.push(quIn.front());
            quIn.pop();
        }
        while (!quOut.empty()) {
            quIn.push(quOut.front());
            quOut.pop();
        }
        int result = quIn.front();
        quIn.pop();
        return result;
    }
    
    int top() {
        return quIn.back();
    }
    
    bool empty() {
        return quIn.empty();
    }
};

【解题思路】

一个队列用于存储,一个队列用于备份,弹出最后入栈的元素是将队列中此元素之前的元素存进用于备份的队列。实际也可以使用一个队列,也就是将此元素之前的元素再次入队。

使用队列实现的操作,关键在于利用两个队列(通常称为 `q1` 和 `q2`)来模拟的后进先出(LIFO)行为。具体来说,可以通过在每次插入或删除操作时合理地管理这两个队列,从而实现的基本功能,包括 **push**、**pop**、**top** 和 **empty** 操作。 ### 用队列实现的核心思路 #### 1. 数据结构定义 首先定义一个结构,其中包含两个队列 `q1` 和 `q2`: ```c typedef struct { Queue q1; Queue q2; } MyStack; ``` 初始化时,需要对两个队列进行初始化[^3]。 #### 2. Push 操作 为了实现的 `push` 操作,始终将新元素添加到非空队列的末尾。如果两个队列都为空,则可以选择任意一个队列进行插入。 ```c void myStackPush(MyStack* obj, int x) { if (!QueueEmpty(&obj->q1)) { QueuePush(&obj->q1, x); } else { QueuePush(&obj->q2, x); } } ``` #### 3. Pop 操作 的 `pop` 操作要求移除并返回最后一个被插入的元素。为此,需要将当前非空队列中的前 `n-1` 个元素移动到另一个空队列中,然后移除最后一个元素。 ```c int myStackPop(MyStack* obj) { Queue* nonEmptyQueue = &obj->q1; Queue* emptyQueue = &obj->q2; if (QueueEmpty(nonEmptyQueue)) { nonEmptyQueue = &obj->q2; emptyQueue = &obj->q1; } while (QueueSize(nonEmptyQueue) > 1) { int front = QueueFront(nonEmptyQueue); QueuePop(nonEmptyQueue); QueuePush(emptyQueue, front); } int topElement = QueueFront(nonEmptyQueue); QueuePop(nonEmptyQueue); return topElement; } ``` 通过这种方式,实现的后进先出特性[^2]。 #### 4. Top 操作 获取顶元素时,逻辑与 `pop` 类似,只是不真正移除最后一个元素。 ```c int myStackTop(MyStack* obj) { Queue* nonEmptyQueue = &obj->q1; Queue* emptyQueue = &obj->q2; if (QueueEmpty(nonEmptyQueue)) { nonEmptyQueue = &obj->q2; emptyQueue = &obj->q1; } while (QueueSize(nonEmptyQueue) > 1) { int front = QueueFront(nonEmptyQueue); QueuePop(nonEmptyQueue); QueuePush(emptyQueue, front); } return QueueFront(nonEmptyQueue); } ``` #### 5. Empty 操作 判断是否为空,只需检查两个队列是否同时为空。 ```c bool myStackEmpty(MyStack* obj) { return QueueEmpty(&obj->q1) && QueueEmpty(&obj->q2); } ``` ### 总结 通过上述方法,可以有效地使用两个队列实现的功能。每个操作的时间复杂度如下: - **Push**: $ O(1) $ - **Pop**: $ O(n) $ - **Top**: $ O(n) $ - **Empty**: $ O(1) $ 这种实现方式虽然在 `pop` 和 `top` 操作上效率较低,但能够很好地体现队列之间的关系,并且适用于某些特定场景下的教学或实践需求。 ---
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