剑指offer-5、两个栈实现⼀个队列

题⽬描述

⽤两个栈来实现⼀个队列，完成队列的 Push 和 Pop 操作。 队列中的元素为 int 类型。

思路及解答

• 栈的特性是先进后出
• 队列的特性是先进先出

有两个栈 stack1 , stack2 ；

• 如果有新的数据进⼊，那么我们可以直接 push 到 stack1 ；
• 如果需要取出数据，那么我们优先取出 stack2 的数据，如果 stack2 ⾥⾯数据是空的，那么我们需要把所有的 stack1 的数据倒⼊ stack2 。再从 stack2 取数据。

例如：

1. push 1 --> push 2

2. pop 1

3. push 3 --> push 4

4. pop 2

import java.util.Stack;

public class Solution {

    Stack<Integer> stackIn;
    Stack<Integer> stackOut;

    /** Initialize your data structure here. */
    public MyQueue() {
        stackIn = new Stack<>(); // 负责进栈
        stackOut = new Stack<>(); // 负责出栈
    }
    
    /** Push element x to the back of queue. */
    public void push(int x) {
        stackIn.push(x);
    }
    
    /** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
    public int pop() {    
        dumpstackIn();
        return stackOut.pop();
    }
    
    /** Get the front element. */
    public int peek() {
        dumpstackIn();
        return stackOut.peek();
    }
    
    /** Returns whether the queue is empty. */
    public boolean empty() {
        return stackIn.isEmpty() && stackOut.isEmpty();
    }

    // 如果stackOut为空，那么将stackIn中的元素全部放到stackOut中
    private void dumpstackIn(){
        if (!stackOut.isEmpty()) return; 
        while (!stackIn.isEmpty()){
                stackOut.push(stackIn.pop());
        }
    }
}

扩展-两个队列实现栈

队列是先进先出的规则，把一个队列中的数据导入另一个队列中，数据的顺序并没有变，并没有变成先进后出的顺序。

所以用栈实现队列， 和用队列实现栈的思路还是不一样的，这取决于这两个数据结构的性质。

但是依然还是要用两个队列来模拟栈，只不过没有输入和输出的关系，而是另一个队列完全用来备份的！

class MyStack {

    Queue<Integer> queue1; // 和栈中保持一样元素的队列
    Queue<Integer> queue2; // 辅助队列

    /** Initialize your data structure here. */
    public MyStack() {
        queue1 = new LinkedList<>();
        queue2 = new LinkedList<>();
    }
    
    /** Push element x onto stack. */
    public void push(int x) {
        queue2.offer(x); // 先放在辅助队列中
        while (!queue1.isEmpty()){
            queue2.offer(queue1.poll());
        }
        Queue<Integer> queueTemp;
        queueTemp = queue1;
        queue1 = queue2;
        queue2 = queueTemp; // 最后交换queue1和queue2，将元素都放到queue1中
    }
    
    /** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
    public int pop() {
        return queue1.poll(); // 因为queue1中的元素和栈中的保持一致，所以这个和下面两个的操作只看queue1即可
    }
    
    /** Get the top element. */
    public int top() {
        return queue1.peek();
    }
    
    /** Returns whether the stack is empty. */
    public boolean empty() {
        return queue1.isEmpty();
    }
}

• 时间复杂度: pop为O(n)，其他为O(1)
• 空间复杂度: O(n)

优化：

其实这道题目就是用一个队列就够了。

一个队列在模拟栈弹出元素的时候只要将队列头部的元素（除了最后一个元素外） 重新添加到队列尾部，此时再去弹出元素就是栈的顺序了。

class MyStack {
    Queue<Integer> queue;
    
    public MyStack() {
        queue = new LinkedList<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        queue.add(x);
    }
    
    public int pop() {
        rePosition();
        return queue.poll();
    }
    
    public int top() {
        rePosition();
        int result = queue.poll();
        queue.add(result);
        return result;
    }
    
    public boolean empty() {
        return queue.isEmpty();
    }

    public void rePosition(){
        int size = queue.size();
        size--;
        while(size-->0)
            queue.add(queue.poll());
    }
}

• 时间复杂度: pop为O(n)，其他为O(1)
• 空间复杂度: O(n)

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