[数据结构与算法]Java数据结构之栈和队列的相互实现(LeetCode题目)

用栈实现队列

题目:

请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作（push、pop、peek、empty）：

实现 MyQueue 类：

????void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾
????int pop() 从队列的开头移除并返回元素
????int peek() 返回队列开头的元素
????boolean empty() 如果队列为空，返回 true ；否则，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。

进阶：

????你能否实现每个操作均摊时间复杂度为 O(1) 的队列？换句话说，执行 n 个操作的总时间复杂度为 O(n) ，即使其中一个操作可能花费较长时间。

示例:

输入：
[“MyQueue”, “push”, “push”, “peek”, “pop”, “empty”]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 1, 1, false]
解释：
MyQueue myQueue = new MyQueue();
myQueue.push(1); // queue is: [1]
myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)
myQueue.peek(); // return 1
myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]
myQueue.empty(); // return false

提示:

1 <= x <= 9
最多调用 100 次 push、pop、peek 和 empty
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）

题目分析

对于这道题目，显然不能仅通过一个栈来实现一个队列，因此我们需要两个栈:

1. 首先，定义两个栈stack1和stack2，stack1用来入队，stack2用来出队
2. 每次入队时，将元素压入stack1即可
3. 每次出队时，如果stack2中不存在元素，则stack1的栈底元素即为需要出队的元素，将stack1中的所有元素依次出栈，然后压入stack2中，此时stack2的栈顶元素即为需要出队的元素，将stack2的栈顶元素出队即可
4. 如果出队时stack2中存在元素，stack2中的栈顶元素即为需要出队的元素，将stack2中的栈顶元素出队即可
5. 获取栈顶元素的方法与3,4相似，只需在返回时将stack2.pop()改为stack2.peek()即可
6. 对于队列判空的方法，只有当stack1与stack2均为空时，队列才为空

注意事项:

????在将stack1中的所有元素弹出并压入stack2时，每弹出一次元素，stack1.size()都会减小，因此循环的终止条件绝对不能写为i < stack1.size()，正确的写法是先在循环开始前先定义一个size = stack1.size()，然后将循环的终止条件改为 i < size

代码实现

class MyQueue {
    Stack<Integer> stack1;
    Stack<Integer> stack2;
    public MyQueue() {
        stack1 = new Stack<>();
        stack2 = new Stack<>();
    }
	//元素入队
     public void push(int x) {
        stack1.push(x);
    }
    //弹出队首元素
    public int pop() {
        if(empty()) return -1;
        if(stack2.isEmpty()){
            int val = -1;
            int size = stack1.size();
            for(int i=0;i<size;++i){
                val = stack1.pop();
                stack2.push(val);
            }
        }
        return stack2.pop();
    }
    //获取队首元素
    public int peek() {
        if(empty()) return -1;
        if(stack2.isEmpty()){
            int size = stack1.size();
            int val = -1;
            for(int i=0;i<size;++i){
                val = stack1.pop();
                stack2.push(val);
            }
        }
        return stack2.peek();
    }
    //队列判空
    public boolean empty() {
        return stack1.empty() && stack2.empty();
    }

测试结果

用队列实现栈

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

题目分析:

1. 用两个队列实现栈，对于元素入栈操作，当两个队列均为空时，将元素放在第一个队列中，当有一个队列不为空时，将元素放在不为空的队列中(不存在入栈时两个队列均不为空的情况)
2. 元素出栈时，栈顶元素位于不为空的队列的队尾，出栈操作是将不为空队列内除了队尾元素之外的所有元素均放入另一个空队列中，队尾元素出队即可
3. 获取栈顶元素的操作与出栈操作类似，都是将队列内除队尾元素之外的所有元素存入另一队列，该队尾元素即为栈顶元素，但获取到栈顶元素后，该元素仍在队列中，我们需要将该队尾元素也存到另一个队列中。
4. 判空操作与栈实现队列同理，两个队列均为空时代表栈为空

注意事项:

???? 与栈实现队列类似，进行出队入队操作时队列长度会发生改变，因此需要先定义一个size来固定队列长度

代码实现:

class MyStack {
    Queue<Integer> queue1;
    Queue<Integer> queue2;
    public MyStack() {
        queue1 = new LinkedList<>();
        queue2 = new LinkedList<>();
    }
    //入栈
    public void push(int x) {
        if(queue2.isEmpty()){
            queue1.offer(x);
        }
        else{
            queue2.offer(x);
        }
    }
    //弹出栈顶元素
    public int pop() {
        if(empty()){
            return -1;
        }
        if(queue2.isEmpty()){
            int val = -1;
            int size = queue1.size();
            for(int i=0;i<size-1;++i){
                val = queue1.poll();
                queue2.offer(val);
            }
            return queue1.poll();
        }
         else{
            int val = -1;
            int size = queue2.size();
            for(int i=0;i<size-1;++i){
                val = queue2.poll();
                queue1.offer(val);
            }
            return queue2.poll();
        }
    }
    //获取栈顶元素
    public int top() {
        if(queue2.isEmpty()){
            int val = -1;
            int size = queue1.size();
            for(int i=0;i<size-1;++i){
                val = queue1.poll();
                queue2.offer(val);
            }
            int num = queue1.poll();
            queue2.offer(num);
            return num;
        }
        else{
            int val = -1;
            int size = queue2.size();
            for(int i=0;i<size-1;++i){
                val = queue2.poll();
                queue1.offer(val);
            }
            int num = queue2.poll();
            queue1.offer(num);
            return num;
        }
    }
    //判空
     public boolean empty() {
        if(queue1.isEmpty() && queue2.isEmpty()){
            return true;
        }
        return false;
    }
}

测试结果