剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列

最新推荐文章于 2025-05-19 17:56:31 发布

Justinyh

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分类专栏：算法文章标签： java 开发语言

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该文章介绍了一种方法，通过两个栈来模拟队列的操作，其中appendTail操作直接将元素压入输入栈，而deleteHead操作时如果输出栈为空，则将输入栈所有元素转移到输出栈，然后从输出栈弹出队首元素。这种方法使得在队列头部删除元素的平均时间复杂度为O(1)，空间复杂度为O(n)，n为操作总数。

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一、题目

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","deleteHead"]
[[],[3],[],[],[]]
输出：[null,null,3,-1,-1]

示例 2：

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

二、解题

2.1、方法一：

题目分析

[“CQueue”,“appendTail”,“deleteHead”,“deleteHead”,“deleteHead”]，这是调用对应的方法
[[],[3],[],[],[]]，这是执行方法后栈中的情况
[null,null,3,-1,-1]，这是执行方法后输出的情况，CQueue和appendTail输出null，第一次deleteHead时有值，所以输出3；后面栈中没值了，输出-1

思路

将一个栈当作输入栈，用于压入 appendTail 传入的数据；另一个栈当作输出栈，用于 deleteHea 操作。

每次 deleteHead 时，若输出栈为空则将输入栈的全部数据依次弹出并压入输出栈，这样输出栈从栈顶往栈底的顺序，就是队列从队首往队尾的顺序。

class CQueue {
    Deque<Integer> in;
    Deque<Integer> out;
    public CQueue() {
        in=new ArrayDeque<>();
        out=new ArrayDeque<>();
    }
    
    public void appendTail(int value) {
        in.push(value);
    }
    
    public int deleteHead() {
        if(out.isEmpty()){
            if(in.isEmpty()){
                return -1;
            }
            while(!in.isEmpty()){
                out.push(in.pop());
            }
        }
        return out.pop();
    }
}

/**
 * Your CQueue object will be instantiated and called as such:
 * CQueue obj = new CQueue();
 * obj.appendTail(value);
 * int param_2 = obj.deleteHead();
 */

复杂度分析

时间复杂度：appendTailappendTail 为 O(1)O(1)，deleteHeaddeleteHead 为均摊 O(1)O(1)。对于每个元素，至多入栈和出栈各两次，故均摊复杂度为 O(1)O(1)。
空间复杂度：O(n)O(n)。其中 nn 是操作总数。对于有 nn 次 appendTailappendTail 操作的情况，队列中会有 nn 个元素，故空间复杂度为 O(n)O(n)。