【剑指offer】面试题9：用两个栈实现队列

我会带着你远行 2022-04-01 15:48 202阅读 0赞

> **题目：用两个栈实现一个队列。队列的声明如下，请实现它的两个函数appendTail和deletedHead,分别完成在队列尾部插入节点和在队列头部删除节点的功能。**

我们通过一个具体的例子来分析该队列插入和删除元素的过程。首先插入一个元素a，不妨先把它插入到stack1，此时stack1 中的元素有｛a\}，stack2为空。再压入两个元素b和c,还是插入到stack1中，此时stack1中的元素有｛a,b,c\}，其中c位于栈顶，而stack2仍然为空。

这个时候，我们试着删除从队列中删除一个元素。按照队列先入先出的规则，由于a比b、c先插入到队列中，最先被删除的元素应该是a。元素a存储在stack1中，但并不在占顶上，因此不能直接被删除。注意到stack2我们还一直没有使用过，现在是让stack2发挥作用的时候了。如果我们把stack1中的元素逐个弹出并压入stack2，元素在stack2中的顺序正好和原来的stack1中的顺序相反。因此经过3次弹出stack1和压入stack2操作之后，stack1为空，而stack2中的元素是｛c,b,a\}，这个时候就可以弹出stack2的栈顶a了。此时的stack1为空，而stack2的元素为\{c,b\}，其中b在栈顶，如图所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Bjd2wxMjA2_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

总结：

删除：一个元素的步骤：当stack2不为空的时候，在stack2中的栈顶元素是最先进入队列的元素，可以弹出。当stack2为空时，我们把stack1中的元素逐个弹出并压入stack2。由于先进入队列的元素被压到stack1的底端，经过弹出和压入操作之后就处于stack2的顶端，可以直接删除。

插入：插入一个元素d，不管stack2是否为空，我们都将它压入stack1。

*  代码实现：

/**
     * 用两个栈实现一个队列
     * 完成两个函数appendTail和deletedHead,
     * 分别是在队列尾部插入节点和在队列头部删除节点的功能
     */
    public class QueueWithTwoStacks {
    
    	private Stack<String> stack1 = new Stack<String>();
    	private Stack<String> stack2 = new Stack<String>();
    	
    	// 插入元素都是直接插入到栈1中
    	public void appendTail(String str){
    		stack1.push(str);
    	}
    	
    	public String deleteHead() throws Exception{
    		// 先判断stack2是否为空
    		if(stack2.isEmpty()){
    			// 如果stack2为空，且stack1不为空的时候
    			while(!stack1.isEmpty()){
    				// 将stack1中的元素弹出，压入stack2中
    				stack2.push(stack1.pop());
    			}	
    		}
    		
    		if(stack2.isEmpty()){
    			throw new Exception("对列为空，不能删除！");
    		}
    		
    		return stack2.pop();  // 弹出stack2中栈顶元素
    	}
    	
    	/**
    	 * 测试
    	 * @throws Exception 
    	 */
    	public static void main(String[] args) throws Exception {
    		QueueWithTwoStacks stacks = new QueueWithTwoStacks();
    		stacks.appendTail("1");
    		stacks.appendTail("2");
    		stacks.appendTail("3");
    		stacks.deleteHead();
    		stacks.deleteHead();
    	}
    }

> **相关题目：用两个队列实现一个栈。**

通过一系列的栈的压入和弹出操作来分析用队列模拟一个栈的过程，如图所示，我们先往栈内压入一个元素a。由于两个队列现在都是空，我们可以选择把a插入两个队列中的任一个。我们不妨把a插入queue1。接下来继续网栈内压入b,c两个元素。我们把它们都插入queue1。这个时候 queue1包含3个元素a，b，c其中a位于队列的头部，c位于队列的尾部。

现在我们考虑从栈内弹出一个元素。根据栈的后入先出的原则，最后被压入栈的c应该最先被弹出。由于c位于queue1的尾部，而我们每次只能从队列的头部删除元素，**因此我们可以从queue1中依次删除a、b，并插入到queue2中，再从queue1中删除c。这就相当于从栈中弹出元素c了**。我们可以用同样的方法从栈内弹出元素b。

接下来我们考虑从栈内压入一个元素d。此时queue1已经有了一个元素，我们就把d插入到queue1的尾部。如果我们再从栈内弹出一个元素，此时被弹出的应该是最后被压入的d。由于d位于queue1的尾部，我们只能先从头部删除 queue1的元素并插入到queue2，直到queue1中遇到d再直接把它删除。如图所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Bjd2wxMjA2_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

*  代码实现：

public class StackWithTwoQueues {
    
    	/*
    	 * LinkedList类是List接口的实现类，但是同时也是Deque接口实现类，
    	 * 所以LinkedList既可以当做双端队列来使用，也可以当做栈来使用
    	 */
    	private LinkedList<String> queue1 = new LinkedList<String>();
    	private LinkedList<String> queue2 = new LinkedList<String>();
    
    	/**
    	 * 插入操作
    	 */
    	public String push(String str) {
    		if (queue1.size() == 0 && queue2.size() == 0) {
    			queue1.addLast(str);
    		} else if (queue1.size() != 0) {
    			queue1.addLast(str);
    		} else if (queue2.size() != 0) {
    			queue2.addLast(str);
    		}
    		return str;
    	}
    
    	/**
    	 * 删除操作
    	 */
    	public String pop() {
    		String str = null;
    		if (queue1.size() == 0 && queue2.size() == 0) {
    			return null;
    		}
    		// 当queue2为空，而queue1不为空的时候
    		if (queue2.size() == 0) {
    			while (queue1.size() > 0) {
    				// 弹出队首元素,并将其插入到queue2的队尾
    				str = queue1.removeFirst();
    				// queue1中最后一个元素直接弹出，不用插入queue2中
    				if (queue1.size() != 0) {
    					queue2.addLast(str);
    				}
    			}
    		} else if (queue1.size() == 0) {
    			// 当queue1为空，queue2不为空时
    			while (queue2.size() > 0) {
    				// queue2中最后一个元素直接弹出，不用插入queue1中
    				str = queue2.removeFirst();
    				if (queue2.size() != 0) {
    					queue1.addLast(str);
    				}
    			}
    		}
    		return str;
    	}
    
    	/**
    	 * 测试
    	 */
    	public static void main(String[] args) {
    		StackWithTwoQueues stack = new StackWithTwoQueues();
    		String tmp;
    		stack.push("1");
    		stack.push("2");
    		stack.push("3");
    		tmp = stack.pop();
    		System.out.println(tmp);// 3
    		stack.push("4");
    		tmp = stack.pop();
    		System.out.println(tmp);// 4
    		tmp = stack.pop();
    		System.out.println(tmp);// 2
    		stack.push("5");
    		stack.push("6");
    		tmp = stack.pop();
    		System.out.println(tmp);// 6
    		tmp = stack.pop();
    		System.out.println(tmp);// 5
    		tmp = stack.pop();
    		System.out.println(tmp);// 1
    	}
    }

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3Bjd2wxMjA2_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220401/899f721ea7e345fb81965047c11b627c.png
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