力扣日记10.9【栈与队列篇】用队列实现栈

力扣日记：【栈与队列篇】用队列实现栈

日期：2023.10.9
参考：代码随想录、力扣

225. 用队列实现栈

题目描述

难度：简单

请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通栈的全部四种操作（push、top、pop 和 empty）。

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 back、peek/pop from front、size 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。

示例：

输入：
["MyStack", "push", "push", "top", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 2, 2, false]

解释：
MyStack myStack = new MyStack();
myStack.push(1);
myStack.push(2);
myStack.top(); // 返回 2
myStack.pop(); // 返回 2
myStack.empty(); // 返回 False

提示：

• 1 <= x <= 9
• 最多调用100 次 push、pop、top 和 empty
• 每次调用 pop 和 top 都保证栈不为空

进阶：你能否仅用一个队列来实现栈。

题解

class MyStack {
#define SOLUTION 2 
public:
#if SOLUTION == 1
    queue<int> q1;
    queue<int> q2;
    MyStack() {
        
    }
    
    void push(int x) {
        q1.push(x);
    }
    
    int pop() {
        // 只有q1为空时，才能从q2弹出
        // 否则从q1弹出
        if (!q1.empty()) {
            // 如果q1非空，则将q1的元素转移至q2直到q1只剩1个元素
            while (q1.size() > 1) {
                q2.push(q1.front());
                q1.pop();
            }
            // q1.size() == 1
            int res = q1.front();
            q1.pop();
            return res;
        } else if (!q2.empty()){
            // q1 为空，考虑从q2弹出
            while (q2.size() > 1) {
                q1.push(q2.front());
                q2.pop();
            }
            // q2.size() == 1
            int res = q2.front();
            q2.pop();
            return res;
        }
        return -1;
    }
    
    int top() {
        // 复用 pop() 代码

        int res = this->pop();
        q1.push(res);   // q1 q2 应该都可以
        return res;
    }
    
    bool empty() {
        return q1.empty() && q2.empty();
    }
#elif SOLUTION == 2
    // 优化：使用一个队列实现栈
    // 每次要弹出“栈顶元素”（即队尾元素）时，都将队列中除最后一个元素的其他元素弹出并放到队尾，再将头一个元素弹出，即可实现栈
    queue<int> q;
    MyStack() {
        
    }
    
    void push(int x) {
        q.push(x);
    }
    
    int pop() {
        int size = q.size();
        while (size > 1) {
            q.push(q.front());
            q.pop(); // 将元素弹出并放到队尾
            size--;
        }
        // 此时原先的队尾元素到第一个了
        int res = q.front();
        q.pop();
        return res;
    }
    
    int top() {
        return q.back(); // 队列有back()方法可以取队尾元素
        
        // 服用top()
        // int res = this->pop();
        // q.push(res);
        // return res;
    }
    
    bool empty() {
        return q.empty();
    }
#endif
};

/**
 * Your MyStack object will be instantiated and called as such:
 * MyStack* obj = new MyStack();
 * obj->push(x);
 * int param_2 = obj->pop();
 * int param_3 = obj->top();
 * bool param_4 = obj->empty();
 */

复杂度

• 时间复杂度: pop为O(n)（如果top()不用back()方法也为O(n)），其他为O(1)
• 空间复杂度: O(n)

思路总结

• 队列的基本方法
  • push()
  • pop()
  • top()
  • back()
  • empty()
• 使用两个队列实现：
  • 不同于用栈实现队列，用队列实现栈中两个队列并不是一个作为输入一个作为输出，而是q1相对于q2有一定的优先级（每次判断都是先考虑q1，如当q1为空时才考虑从q2弹出）。
  • 然后用模拟的方法即可（画示意图）
  • 代码随想录的方法是直接将q2当作备份（每次q1弹出队尾元素时先放到q2，然后弹出队尾元素后就将q2清空，即重新全部放回q1）
• 使用一个队列实现：
  • 每次要弹出“栈顶元素”（即队尾元素）时，都将队列中除最后一个元素的其他元素弹出并放到队尾，再将头一个元素弹出，即可实现栈