定义栈的数据结构,请在该类型中实现一个能够得到栈的最小元素的min函数。

本文介绍了一种特殊的数据结构——栈,该栈除了具备基本的push和pop操作外,还实现了时间复杂度为O(1)的min函数,用于快速获取栈中最小元素。通过维护两个栈,一个是数据栈,另一个是最小数位置栈,实现在进行push、pop及min操作时,均保持高效的时间复杂度。
/**
 * 定义栈的数据结构,请在该类型中实现一个能够得到校的最小元素的min函数。
 * 在该栈中,调用pop、push 及min的时间复杂度都是0(1)
 * @param <T> 泛型参数
 */
public static class StackWithMin<T extends Comparable<T>> {
        // 数据栈,用于存放插入的数据
        private Stack<T> dataStack;
        // 最小数位置栈,存放数据栈中最小的数的位置
        private Stack<Integer> minStack;

        // 构造函数
        public StackWithMin() {
            this.dataStack = new Stack<>();
            this.minStack = new Stack<>();
        }

        /**
         * 出栈方法
         * @return 栈顶元素
         */
        public T pop() {
            // 如果栈已经为空,再出栈抛出异常
            if (dataStack.isEmpty()) {
                throw new RuntimeException("The stack is already empty");
            }

            // 如果有数据,最小数位置栈和数据栈必定是有相同的元素个数,
            // 两个栈同时出栈
            minStack.pop();
            return dataStack.pop();
        }

        /**
         * 元素入栈
         * @param t 入栈的元素
         */
        public void push(T t) {
            // 如果入栈的元素为空就抛出异常
            if (t == null) {
                throw new RuntimeException("Element can be null");
            }

            // 如果数据栈是空的,只接将元素入栈,同时更新最小数栈中的数据
            if (dataStack.isEmpty()) {
                dataStack.push(t);
                minStack.push(0);
            }
            // 如果数据栈中有数据
            else {
                // 获取数据栈中的最小元素(未插入t之前的)
                T e = dataStack.get(minStack.peek());
                // 将t入栈
                dataStack.push(t);
                // 如果插入的数据比栈中的最小元素小
                if (t.compareTo(e) < 0) {
                    // 将新的最小元素的位置入最小栈
                    minStack.push(dataStack.size() - 1);
                } else {
                    // 插入的元素不比原来的最小元素小,复制最小栈栈顶元素,将其入栈
                    minStack.push(minStack.peek());
                }
            }
        }

        /**
         * 获取栈中的最小元素
         * @return 栈中的最小元素
         */
        public T min() {
            // 如果最小数公位置栈已经为空(数据栈中已经没有数据了),则抛出异常
            if (minStack.isEmpty()) {
                throw new RuntimeException("No element in stack.");
            }

            // 获取数据栈中的最小元素,并且返回结果
            return dataStack.get(minStack.peek());
        }
    }

 

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