⭐算法入门⭐《栈和队列》简单02 —— LeetCode 225. 用队列实现栈

Posted 2021-09-06 英雄哪里出来

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了⭐算法入门⭐《栈和队列》简单02 —— LeetCode 225. 用队列实现栈相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

🙉饭不食，水不饮，题必须刷🙉
C语言免费动漫教程，和我一起打卡！ 🌞《光天化日学C语言》🌞
LeetCode 太难？先看简单题！ 🧡《C语言入门100例》🧡
数据结构难？不存在的！ 🌳《画解数据结构》🌳
LeetCode 太简单？算法学起来！ 🌌《夜深人静写算法》🌌

一、题目

1、题目描述

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

2、基础框架

C语言版本给出的基础框架代码如下：




typedef struct {

} MyStack;

/** Initialize your data structure here. */

MyStack* myStackCreate() {

}

/** Push element x onto stack. */
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {

}

/** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
int myStackPop(MyStack* obj) {

}

/** Get the top element. */
int myStackTop(MyStack* obj) {

}

/** Returns whether the stack is empty. */
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {

}

void myStackFree(MyStack* obj) {

}

/**
 * Your MyStack struct will be instantiated and called as such:
 * MyStack* obj = myStackCreate();
 * myStackPush(obj, x);
 
 * int param_2 = myStackPop(obj);
 
 * int param_3 = myStackTop(obj);
 
 * bool param_4 = myStackEmpty(obj);
 
 * myStackFree(obj);
*/

3、原题链接

$(1)$ LeetCode 225. 用队列实现栈

二、解题报告

1、思路分析

准备两个队列来模拟一个栈：主队列 和 从队列。每次入队或者出队操作执行完毕以后，从队列 一定是空的。

入队操作

将元素入队到 从队列，然后将 主队列 的元素一个一个出队后入队到 从队列。再将 主从队列 交换（交换过程需要做到 $O (1)$ ）。

出队操作

操作执行完毕以后，从队列 一定是空的，所以出队一定是从 主队列 出。

这里的 主从队列 可以定义为一个两个队列元素的数组，这样交换队列只需要交换下标即可。

2、时间复杂度

每次入队操作都需要动用队列中的所有元素，如果有 $n$ 个入队操作，时间复杂度为 $O(n^2)$ 。

3、代码详解

/**************************** 顺序表 实现队列 ****************************/
#define DataType int
#define maxn 100005

struct Queue {
    DataType data[maxn];
    int head, tail;
};

void QueueClear(struct Queue* que) {
    que->head = que->tail = 0;
}
void QueueEnqueue(struct Queue *que, DataType dt) {
    que->data[ que->tail++ ] = dt;
}
void QueueDequeue(struct Queue* que) {
    ++que->head;
}

DataType QueueGetFront(struct Queue* que) {
    return que->data[ que->head ];
}
int QueueGetSize(struct Queue* que) {
    return que->tail - que->head;
}
int QueueIsEmpty(struct Queue* que) {
    return !QueueGetSize(que);
}

/**************************** 顺序表 实现队列 ****************************/
typedef struct {
    struct Queue q[2];
    int idx;
} MyStack;

/** Initialize your data structure here. */
MyStack* myStackCreate() {
    MyStack *stk = (MyStack *) malloc ( sizeof(MyStack) );
    QueueClear( &stk->q[0] );
    QueueClear( &stk->q[1] );
    stk->idx = 0;
    return stk;
}

/** Push element x onto stack. */
void myStackPush(MyStack* obj, int x) {
    struct Queue *masterQ = &obj->q[obj->idx];            // (1) 
    struct Queue *slaverQ = &obj->q[obj->idx^1];          // (2) 
    QueueEnqueue( slaverQ, x );                           // (3) 
    while( !QueueIsEmpty(masterQ) ) {                     // (4) 
        QueueEnqueue( slaverQ, QueueGetFront(masterQ) );
        QueueDequeue( masterQ );
    }
    obj->idx ^= 1;                                        // (5) 

}

/** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
int myStackPop(MyStack* obj) {
    struct Queue *masterQ = &obj->q[obj->idx];            // (6) 
    int pop = QueueGetFront(masterQ);                     // (7) 
    QueueDequeue(masterQ);
    return pop;
}

/** Get the top element. */
int myStackTop(MyStack* obj) {
    struct Queue *masterQ = &obj->q[obj->idx];
    return QueueGetFront(masterQ);
}

/** Returns whether the stack is empty. */
bool myStackEmpty(MyStack* obj) {
    struct Queue *masterQ = &obj->q[obj->idx];
    return QueueIsEmpty(masterQ);
}

void myStackFree(MyStack* obj) {
    free(obj);
}

/**
 * Your MyStack struct will be instantiated and called as such:
 * MyStack* obj = myStackCreate();
 * myStackPush(obj, x);
 
 * int param_2 = myStackPop(obj);
 
 * int param_3 = myStackTop(obj);
 
 * bool param_4 = myStackEmpty(obj);
 
 * myStackFree(obj);
*/