算法练习(80): 两个栈实现的队列(1.4.27)

本系列博客习题来自《算法(第四版)》,算是本人的读书笔记,如果有人在读这本书的,欢迎大家多多交流。为了方便讨论,本人新建了一个微信群(算法交流),想要加入的,请添加我的微信号:zhujinhui207407 谢谢。另外,本人的个人博客 http://www.kyson.cn 也在不停的更新中,欢迎一起讨论

算法(第4版)

知识点

  • 两个栈实现的队列

题目

1.4.27 两个栈实现的队列。用两个栈实现一个队列,使得每个队列操作所需要的堆栈操作均摊后为一个常数。提示:如果将所有元素压入栈再弹出,它们的顺序就被颠倒了。如果再次重复这个过程,它们的顺序则会复原。


1.4.27 Queue with two stacks. Implement a queue with two stacks so that each queue operation takes a constant amortized number of stack operations. Hint: If you push elements onto a stack and then pop them all, they appear in reverse order. If you repeat this process, they’re now back in order.

分析

这道题要写出来不难,但要符合“均摊后是一个常数”比较复杂。下面我们演示一下优化过程。
首先,我们使用两个栈,暂且命名为stack1和stack2,我们可以这么操作:stack1用于存储数据,stack2用于缓存。因此不难得出如下代码:

public class QueueWithTowStacks<T> {
    private Stack<T> stack1 ;
    private Stack<T> stack2 ;

    public QueueWithTowStacks(){
        stack1 = new Stack<T>();
        stack2 = new Stack<T>();
    }

    public void enqueue(T item){
        stack1.push(item);
    }

    public T dequeue(){
        if (stack1.size() < 1 && stack2.size() < 1)
        {
            System.out.println("Queue is empty");
            return null;
        }
        //把stack1清空
        while (stack1.size() > 1){
           T element = stack1.pop();
           stack2.push(element);
        }
        T ele = stack1.pop();
        //把stack2 清空
        while (stack2.size() > 0){
            T element = stack2.pop();
            stack1.push(element);
        }
        return ele;
    }

    public static void main(String[] args){
        QueueWithTowStacks gfg = new QueueWithTowStacks();
        gfg.enqueue("我的");
        gfg.enqueue("名字");
        gfg.enqueue("叫");
        gfg.enqueue("顶级程序员不穿女装");
        gfg.enqueue("微博:https://m.weibo.cn/p/1005056186766482");
        System.out.print(gfg.dequeue());
        System.out.print(gfg.dequeue());
        System.out.print(gfg.dequeue());
        System.out.print(gfg.dequeue());
        System.out.print(gfg.dequeue());
    }
}

以上代码在这里可以找到:QueueWithTowStacks.java

关于栈(Stack)的实现,如果大家还有疑问的,可以查看我之前的博客:算法练习(26):Stack概念(1.3.1-1.3.2),里面给出了栈的具体实现。

我们可以发现,每次enqueue是常数级别的,但每次dequeue就比较复杂,需要遍历两个stack,假设Queue的总长度为N,那么每次dequeue需要线性级别的复杂度,所以跟题目的要求显然不符合,所以我们接着优化。
其实在做这一题之前,我们可以看到书中有类似的描述,关于均摊分析的:


书中关于均摊分析的描述中,说道了动态调整数组的平均次数为常数。所以我们可以把这个思想用到这道题中:
出队时,判断s2是否为空,如不为空,则直接弹出顶元素;如为空,则将s1的元素逐个“倒入”s2,把最后一个元素弹出并出队。这样一来避免了反复“倒”栈,仅在需要时才“倒”一次。

答案

public class QueueWithTwoStacksFaster<T> {
    private Stack<T> stack1 ;
    private Stack<T> stack2 ;

    public QueueWithTwoStacksFaster(){
        stack1 = new Stack<T>();
        stack2 = new Stack<T>();
    }

    public void enqueue(T item){
        stack1.push(item);
    }

    public T dequeue() throws Exception {
        if (stack1.size() < 1 && stack2.size() < 1)
        {
            throw new Exception("Queue is empty");
        }
        T ele = null;
        //Stack2为空,则将Stack1倒入Stack2
        if (stack2.size() < 1){
            while (stack1.size() > 1){
                T element = stack1.pop();
                stack2.push(element);
            }
            ele = stack1.pop();
        }else{
            ele = stack2.pop();
        }
        return ele;
    }

    public static void main(String[] args){
        QueueWithTwoStacksFaster queueWithTwoStacksFaster = new QueueWithTwoStacksFaster();
        queueWithTwoStacksFaster.enqueue("我的");
        queueWithTwoStacksFaster.enqueue("名字");
        queueWithTwoStacksFaster.enqueue("叫");
        queueWithTwoStacksFaster.enqueue("顶级程序员不穿女装");
        queueWithTwoStacksFaster.enqueue("微博:https://m.weibo.cn/p/1005056186766482");
        try {
            System.out.print(queueWithTwoStacksFaster.dequeue());
            System.out.print(queueWithTwoStacksFaster.dequeue());
            System.out.print(queueWithTwoStacksFaster.dequeue());
            System.out.print(queueWithTwoStacksFaster.dequeue());
            System.out.print(queueWithTwoStacksFaster.dequeue());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

代码索引

QueueWithTwoStacksFaster.java

广告

我的首款个人开发的APP壁纸宝贝上线了,欢迎大家下载。

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 214,588评论 6 496
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 91,456评论 3 389
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 160,146评论 0 350
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 57,387评论 1 288
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,481评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,510评论 1 293
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,522评论 3 414
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,296评论 0 270
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,745评论 1 307
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,039评论 2 330
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,202评论 1 343
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,901评论 5 338
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,538评论 3 322
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,165评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,415评论 1 268
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,081评论 2 365
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,085评论 2 352

推荐阅读更多精彩内容