使用栈实现队列的下列操作:
push(x) -- 将一个元素放入队列的尾部。
pop() -- 从队列首部移除元素。
peek() -- 返回队列首部的元素。
empty() -- 返回队列是否为空。
示例:
MyQueue queue = new MyQueue();
queue.push(1);
queue.push(2);
queue.peek(); // 返回 1
queue.pop(); // 返回 1
queue.empty(); // 返回 false
说明:
你只能使用标准的栈操作 -- 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque(双端队列)来模拟一个栈,只要是标准的栈操作即可。
假设所有操作都是有效的 (例如,一个空的队列不会调用 pop 或者 peek 操作)。
解法 1
利用两个栈,分别为输入栈和输出栈,队列的输入元素全部压入输入栈,当队列弹出或查看元素时,若输出栈为空,则将输入栈全部压入输出栈,此时已完成所有元素的倒序排列,返回输出栈的栈顶元素即可;若输出栈不为空,则直接返回输出栈的栈顶元素。
from collections import deque
class MyQueue:
def __init__(self):
"""
Initialize your data structure here.
"""
self.input_stack = deque()
self.output_stack = deque()
def push(self, x: int) -> None:
"""
Push element x to the back of queue.
"""
self.input_stack.append(x)
def pop(self) -> int:
"""
Removes the element from in front of queue and returns that element.
"""
if not self.output_stack:
while not self.input_stack:
self.output_stack.append(self.input_stack.pop())
return self.output_stack.pop()
def peek(self) -> int:
"""
Get the front element.
"""
if not self.output_stack:
while not self.input_stack:
self.output_stack.append(self.input_stack.pop())
if not self.output_stack:
return None
return self.output_stack.__getitem__(-1)
def empty(self) -> bool:
"""
Returns whether the queue is empty.
"""
return not self.input_stack and not self.output_stack
执行用时 :40 ms
内存消耗 :13.7 MB
时间复杂度:每个完成入队、出队的元素平均经历两次压入栈,两次弹出栈,时间复杂度都为 O(1),取队首元素、判断空则对应栈的索引和判断空操作,时间复杂度也都为 O(1)
空间复杂度:入队、出队操作需要分别使用输入和输出两个栈,所以空间复杂度为 O(n),取队首元素、判断空操作的空间复杂度为 O(1)
解法 2
利用两个栈,分别为存储栈和过渡栈,队列输入元素时,提前将存储栈元素全部压入过渡栈,然后输入元素压入存储栈,再将过渡栈元素全部弹出并放回存储栈,这样就将新元素排列了到栈底,实现了队列先入后出的效果。
from collections import deque
class MyQueue:
def __init__(self):
"""
Initialize your data structure here.
"""
self.store_stack = deque()
self.tmp_stack = deque()
def push(self, x: int) -> None:
"""
Push element x to the back of queue.
"""
while self.store_stack:
self.tmp_stack.append(self.store_stack.pop())
self.store_stack.append(x)
while self.tmp_stack:
self.store_stack.append(self.tmp_stack.pop())
def pop(self) -> int:
"""
Removes the element from in front of queue and returns that element.
"""
return self.store_stack.pop()
def peek(self) -> int:
"""
Get the front element.
"""
if not self.store_stack:
return None
return self.store_stack.__getitem__(-1)
def empty(self) -> bool:
"""
Returns whether the queue is empty.
"""
return not self.store_stack
执行用时 :40 ms
内存消耗 :13.7 MB
时间复杂度:每个完成入队的元素平均经历三次压入栈,两次弹出栈,时间复杂度为 O(n),出队、取队首元素、判断空则对应栈的弹出、索引和判断空操作,时间复杂度都为 O(1)
空间复杂度:入队操作需要使用过渡栈,所以空间复杂度为 O(n),出队、取队首元素、判断空操作的空间复杂度为 O(1)
注:解法 2 将主要工作放在了入队步骤,而解法 1 则将工作分摊在入队和出队两个步骤,平均性能更好。
参考
https://leetcode-cn.com/problems/implement-queue-using-stacks/
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