用两个栈实现队列

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题目描述：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

方法一：双栈

队列的特性是 FIFO（先入先出），而栈的特性是 FILO（先入后出）。

知道两者特性之后，我们需要用两个栈来模拟队列的特性，一个栈为入队栈，一个栈为出对栈。

  • 当出队栈存在内容时，出队栈的栈顶，即为第一个出队的元素。

  • 若出队栈无元素，我们的需求又是出队的话，我们就需要将入队栈的内容反序导入出队栈，然后弹出栈顶即可。

注意：根据栈的的特性，我们仅能使用 push 和 pop 操作。

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class MyQueue {
  Deque<Integer> stack1, stack2;
  /** Initialize your data structure here. */
  public MyQueue() {
    stack1 = new LinkedList<>(); // 输入栈
    stack2 = new LinkedList<>(); // 输出栈
  }

  /** Push element x to the back of queue. */
  public void push(int x) {
    stack1.push(x);
  }

  /** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
  public int pop() {
    // 如果stack2栈为空，则将stack1栈全部弹出并压入stack2栈中，然后stack2.pop()
    if(stack2.isEmpty()) {
      while(!stack1.isEmpty()) {
        stack2.push(stack1.pop());
      }
    }
    return stack2.pop();
  }

  /** Get the front element. */
  public int peek() {
    if(stack2.isEmpty()) {
      while(!stack1.isEmpty()) {
        stack2.push(stack1.pop());
      }
    }
    return stack2.peek();
  }

  /** Returns whether the queue is empty. */
  public boolean empty() {
    return stack1.isEmpty() && stack2.isEmpty();
  }
}

/**
 * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
 * MyQueue obj = new MyQueue();
 * obj.push(x);
 * int param_2 = obj.pop();
 * int param_3 = obj.peek();
 * boolean param_4 = obj.empty();
 */
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var MyQueue = function() {
  this.stack1 = [] // 输入栈
  this.stack2 = [] // 输出栈
};

MyQueue.prototype.push = function(x) {
  this.stack1.push(x)
};

MyQueue.prototype.pop = function() {
  // 如果stack2栈为空，则将stack1栈全部弹出并压入stack2栈中，然后stack2.pop()
  if(!this.stack2.length) {
    while(this.stack1.length) {
      if(!this.stack1.length) return -1
      this.stack2.push(this.stack1.pop())
    }
  }
  return this.stack2.pop()
};

MyQueue.prototype.peek = function() {
  if(!this.stack2.length) {
    if(!this.stack1.length) return -1
    while(this.stack1.length) {
      this.stack2.push(this.stack1.pop())
    }
  }
  return this.stack2[this.stack2.length - 1]
};

MyQueue.prototype.empty = function() {
  return !this.stack1.length &&  !this.stack2.length
};

复杂度分析

  • 时间复杂度：push 和 empty 为 O(1)，pop 和 peek 为均摊O(1)。对于每个元素，至多入栈和出栈各两次，故均摊复杂度为O(1)。

  • 空间复杂度：O(n)。其中 n 是操作总数。对于有 n 次 push 操作的情况，队列中会有 n 个元素，故空间复杂度为 O(n)。

执行结果：通过

  • 执行用时：0 ms, 在所有 Java 提交中击败了100.00%的用户

  • 内存消耗：36.5 MB, 在所有 Java 提交中击败了13.34%的用户