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如何用兩個棧實作一個佇列?

coldplay.xixi
發布: 2020-10-26 17:54:47
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Java基礎教學

如何用兩個棧實作一個佇列?

  • ##欄位介紹如何用兩個堆疊實作一個佇列。

如何用兩個棧實作一個佇列?

# #佇列和堆疊是電腦中兩個非常重要的資料結構,經過前面的學習(《佇列》、《堆疊》)我們知道了它們各自的特點,佇列是先進先出(FIFO)的,而堆疊是先進後面出(FILO)的,那如何用堆疊來實作佇列呢?這不過是一個經典的面試題,所以本文我們就來實作一下。

    在正式開始之前,我們先來回顧一下堆疊和佇列的常用方法。
  • 堆疊(Stack)的常用方法包含以下內容:
  • ##push():入堆疊方法,在堆疊頂部新增元素;
  • pop():出棧方法,將棧頂的元素移除並傳回元素;

peek():查詢棧頂元素,不會移除元素。如何用兩個棧實作一個佇列?

##佇列(Queue)的常用方法包含以下內容:

##offer():入隊方法,將元素加入隊尾;

poll():出隊方法,從隊頭移除並返回元素;

peek():查詢隊頭元素,並不會移除元素。

有了這些前置知識,接下來我們看今天的問題。

問題描述

用兩個堆疊實作一個佇列。佇列的語句如下,請實作它的兩個函數appendTail和deleteHead,分別完成在佇列尾部插入整數和在佇列刪除整數的功能,若佇列中沒有元素,deleteHead操作返回-1。

範例1:

# ##輸入:######["CQueue" ,"appendTail","deleteHead","deleteHead"]######[[],[3],[],[]]### ### 輸出:[null,null,3,-1 ]##########範例2:###########輸入:###

["CQueue","deleteHead","appendTail","appendTail","deleteHead","deleteHead"]

[[],[],[5],[2],[ ],[]]

輸出:[null,-1,null,null,5,2]

提示:

##1 最多會對 appendTail、deleteHead 進行 10000 次呼叫

leetcode:leetcode-cn.com/problems/yo…

解解題思路

這題目的意思其實很好理解,就是要將先進後出的棧改為先進先出的隊列,其實問題中也給了一些提示,「用兩個棧來實作一個隊列」。

這題實現的核心思想就是「負負得正」,我們先用一個棧來存入元素(這時最先進入的元素在棧底),然後再將第一個棧中的元素移動到新棧中,此時最先進入的元素就在棧頂了,然後在用第二個棧出棧時,整個執行的順序就變成了先進先出。

接下來,我們用圖解的方式來實現整個流程。

步驟一

先將元素入堆疊到第一個堆疊中,如下圖所示:

如何用兩個棧實作一個佇列?

步驟二

##將第一個堆疊中的元素都會移動到第二個堆疊中,如下圖所示:

如何用兩個棧實作一個佇列?步驟三

所有元素從第二個堆疊中出棧,如下圖所示:

如何用兩個棧實作一個佇列?小結

從上述圖片可以看出,元素新增順序是1、2、3,最後經過兩個堆疊之後的出棧順序也是1、2 、3,這樣我們就透過兩個棧實現了佇列(先進先出)。

如何用兩個棧實作一個佇列?實作程式碼

接下來我們就用程式碼來實作以上思路:

class CQueue {
    Stack<integer> inputStack; // 入栈的容器(添加时操作)
    Stack<integer> outputStack; // 出栈和查询的栈容器

    public CQueue() {
        inputStack = new Stack();
        outputStack = new Stack();
    }    // 添加操作
    public void appendTail(int value) {
        inputStack.push(value);
    }    // 删除操作
    public int deleteHead() {        if (!outputStack.isEmpty()) {            // 出栈容器不为空
            return outputStack.pop();
        } else if (!inputStack.isEmpty()) {            // 入栈 stack 全部转移到出栈 stack
            while (!inputStack.isEmpty()) {
                outputStack.push(inputStack.pop());
            }
        }        return outputStack.isEmpty() ? -1 : outputStack.pop();
    }
}复制代码</integer></integer>
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我們在LeetCode 中提交以上測試程式碼,執行結果如下:

如何用兩個棧實作一個佇列?注意事項

在整個實作過程中有兩個小細節需要特別注意一下:

第1 個堆疊只負責入堆疊(暫存資料),第2 個堆疊只負責出棧(最終的佇列執行順序);
  1. 每次堆疊2 出棧時都要把所有的元素都出完之後,才能從棧1 中追加(新增)新數據,當棧2 的數據沒有全部出棧完成​​時,不能將棧1 的元素入棧到棧2,這會導致元素的執行順序混亂。
  2. 總結

本文我們經過兩個先進後出的棧,透過「負負得正」的想法實現了隊列先進先出的特性,但需要特別注意的是當第2 個棧也就是出棧容器,在非空(棧)時不能將第1 個棧中的元素加入到第2 個棧中,以免造成程式執行順序混亂。

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來源:juejin.im
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