leetcode155. 最小栈 1441. 用栈操作构建数组 剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列

栈与队列高级应用
本文介绍使用栈实现高效检索最小元素、构建数组的操作及利用双栈实现队列功能的方法。涉及LeetCode经典题目解析与代码实现。
题目:leetcode155. 最小栈
题目描述:设计一个支持 push ,pop ,top 操作,并能在常数时间内检索到最小元素的栈。在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述
代码:
class MinStack {
public:
    /** initialize your data structure here. */
    stack<int>s1;
    stack<int>s2;
    
    void push(int x) {
        s1.push(x);
        if(s2.empty()||x<=getMin()) s2.push(x);
    }
    
    void pop() {
        if(s1.top()==s2.top()) s2.pop();
        s1.pop();
    }
    
    int top() {
        return s1.top();
    }
    
    int getMin() {
        return s2.top();
    }
};

/**
 * Your MinStack object will be instantiated and called as such:
 * MinStack* obj = new MinStack();
 * obj->push(x);
 * obj->pop();
 * int param_3 = obj->top();
 * int param_4 = obj->getMin();
 */
题目:leetcode1441. 用栈操作构建数组
题目描述:给你一个目标数组 target 和一个整数 n。每次迭代,需要从 list = {1,2,3…, n} 中依序读取一个数字。在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述
代码:
class Solution {
public:
    vector<string> buildArray(vector<int>& target, int n) {
        int i=1;
        vector<string>ans;
        for(int j=0;j<target.size();++j){
            while(i<n&&i!=target[j]){
                ans.push_back("Push");
                ans.push_back("Pop");
                ++i;
            }
            ans.push_back("Push");
            ++i;
        }
        return ans;
    }
};
题目:剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列
题目描述: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 )在这里插入图片描述
代码:
class CQueue {
public:
    CQueue() {}
    stack<int>s1;
    stack<int>s2;
    
    void appendTail(int value) {
        s1.push(value);
    }
    
    int deleteHead() {
        if(!s1.empty()) return -1;
        while(!s1.empty()){
            int tmp=s1.top();
            s1.pop();
            s2.push(tmp);
        }
        int res=s2.top();
        s2.pop();
        while(!s2.empty()){
            int temp=s2.top();
            s2.pop();
            s2.push(temp);
        }
        return res;
    }
};

/**
 * Your CQueue object will be instantiated and called as such:
 * CQueue* obj = new CQueue();
 * obj->appendTail(value);
 * int param_2 = obj->deleteHead();
 */
### 三级标题:C++ 实现最小的方法 最小是一种扩展的结构,能够在常数时间内返回当前中的最小值。在 C++ 中,实现最小通常有两种主流方法:使用辅助同步记录最小值,或者使用一个来同时存储元素及其当前最小值。 #### 方法一:使用两个实现(主最小) 在这种实现中,维护两个:一个用于存储原始数据(主 `s`),另一个用于同步存储当前最小值(最小 `mins`)。最小顶始终保存着主中当前最小值的状态。 ```cpp class MinStack { public: std::stack<int> s; std::stack<int> mins; MinStack() { mins.push(INT_MAX); // 初始化最小为最大值,确保第一个元素一定被记录为最小值 } void push(int val) { s.push(val); mins.push(std::min(mins.top(), val)); // 将当前最小值压入最小 } void pop() { s.pop(); mins.pop(); // 主最小同步弹出 } int top() { return s.top(); } int getMin() { return mins.top(); // 直接返回最小顶 } }; ``` 这种方法通过额外的空间换取了时间效率,每次 `push` 和 `pop` 操作都为 $O(1)$ 时间复杂度,且 `getMin` 同样是 $O(1)$ [^4]。 #### 方法二:一个中存储元素与最小值对 另一种实现方式是在一个中同时保存当前元素及其对应的最小值。通过 `pair<int, int>` 类型,将当前值与当前最小值一同压入中,从而避免使用第二个。 ```cpp class MinStack { public: std::stack<std::pair<int, int>> v; MinStack() {} void push(int val) { if (v.empty()) { v.push({val, val}); // 第一个元素,最小值就是它自己 } else { int currentMin = std::min(val, v.top().second); v.push({val, currentMin}); // 压入当前值和当前最小值 } } void pop() { v.pop(); } int top() { return v.top().first; // 返回当前顶元素 } int getMin() { return v.top().second; // 返回当前最小值 } }; ``` 这种方式只使用一个,但每个元素都携带了最小值信息,使得 `getMin` 的查询同样保持 $O(1)$ 时间复杂度 [^5]。 #### 时间与空间复杂度分析 - **时间复杂度**: - `push`、`pop`、`top` 和 `getMin` 操作均为 $O(1)$。 - **空间复杂度**: - 使用辅助或存储最小值的结构会带来 $O(n)$ 的额外空间消耗,其中 $n$ 是中元素的数量。 这两种实现方式都满足了最小的基本要求:在常数时间内获取最小值,并且支持标准的操作。 ---
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