【数据结构】栈与队列的相互实现

Dear 丶 2024-04-17 10:33 96阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  ?引言
 *  ?\[队列实现栈\](https://leetcode.cn/problems/implement-stack-using-queues/)
 *   *  ??题目描述：
     *   *  ?注意事项：
         *  ?示例与提示：
     *  ??思路解析：
     *   *  ?入栈
         *  ?出栈
         *  ?获取栈顶元素
         *  ?判断是否为空
     *  ??完整代码实现：
 *  ?\[用栈实现队列\](https://leetcode.cn/problems/implement-queue-using-stacks/)
 *   *  ??题目描述
     *   *  ?说明
         *  ?示例
     *  ??解法思路:
     *  ??代码实现
 *  ⭕总结

## ?引言 ##

队列与栈的操作算法是笔试面试中较为常见的题目。  
本文将着重介绍平时面试中常见的关于队列与栈的应用题目，马上要进行秋招了。希望对你们有帮助 \_?  
![在这里插入图片描述][94b094fa0d0f42bcac0a437a41e1eff4.png]

## ?[队列实现栈][Link 1] ##

### ??题目描述： ###

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 。

class MyStack {
        
    
        public MyStack() {
        
    
        }
        
        public void push(int x) {
        
    
        }
        
        public int pop() {
        
    
        }
        
        public int top() {
        
    
        }
        
        public boolean empty() {
        
    
        }
    }
    
    /**
     * Your MyStack object will be instantiated and called as such:
     * MyStack obj = new MyStack();
     * obj.push(x);
     * int param_2 = obj.pop();
     * int param_3 = obj.top();
     * boolean param_4 = obj.empty();
     */

#### ?注意事项： ####

*  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。

#### ?示例与提示： ####

![在这里插入图片描述][068ffc1e38074ed69d6bd2a512cde28e.png]

### ??思路解析： ###

我们用两个队列来实现栈  
![在这里插入图片描述][bec9c50860724d24a94b94513fcf4bd9.png]  
整体思路为  
![在这里插入图片描述][eb1d99ac89ff4e24b84bdd099019a199.png]  
后面会有每一步的解析

#### ?入栈 ####

入栈时：

*  我们队两个队列进行检查，那个队列不为空，我们就把元素放在那个队里
 *  若都无元素，则我们让它放在qu1里
 *  ![在这里插入图片描述][013312fe7acc4786abdbed8389c27ed2.png]

实现如下：

public void push(int x) {
        
            if(!qu1.isEmpty()) {
        
                qu1.offer(x);
            } else if (!qu2.isEmpty()) {
        
                qu2.offer(x);
            }else {
        
                qu1.offer(x);
            }
        }

#### ?出栈 ####

出栈时：

*  我们将不为空的队列出size-1个元素到另一个队列里
 *  例如：
 *  ![在这里插入图片描述][792dd47671434ef2a2f91bf56921b5b7.png]
 *  最后弹出qu1里面元素就好

代码实现如下：

public int pop() {
        
            if(empty()) {
        
                return -1;//两个队列都为空，意味着当前的栈为空
            }
            if(!qu1.isEmpty()) {
        
                int size = qu1.size();
                for (int i = 0; i < size-1; i++) {
        
                    //for (int i = 0; i < qu1.size()-1; i++) {
        
                    int val = qu1.poll();
                    qu2.offer(val);
                }
                return qu1.poll();
            }else {
        
                int size = qu2.size();
                for (int i = 0; i < size-1; i++) {
        
                    int val = qu2.poll();
                    qu1.offer(val);
                }
                return qu2.poll();
            }
        }

#### ?获取栈顶元素 ####

与出栈实现方法类似，不同的地方在于

*  获取不是删除，所以需要将不为空的队列元素全部拿到另一个队列里
 *  我们在删除时引入了一个val，它每一次回记录一个元素
 *  当遍历结束时，val记录的便是栈顶元素
 *  ![在这里插入图片描述][b7697b6773bb499aa4ae6a5bd01eecf3.png]
 *  所以直接返回val即可

代码实现如下：

public int top() {
        
            if(empty()) {
        
                return -1;//两个队列都为空，意味着当前的栈为空
            }
            if(!qu1.isEmpty()) {
        
                int size = qu1.size();
                int val = -1;
                for (int i = 0; i < size; i++) {
        
                    val = qu1.poll();
                    qu2.offer(val);
                }
                return val;
            }else {
        
                int size = qu2.size();
                int val = -1;
                for (int i = 0; i < size; i++) {
        
                    val = qu2.poll();
                    qu1.offer(val);
                }
                return val;
            }
        }

#### ?判断是否为空 ####

只要qu1与qu2都为null时，这时候队列就为空

代码实现如下：

public boolean empty() {
        
            return qu1.isEmpty() && qu2.isEmpty();
        }

### ??完整代码实现： ###

class MyStack {
        
        private Queue<Integer> qu1;
        private Queue<Integer> qu2;
    
        public MyStack() {
        
            qu1 = new LinkedList<>();
            qu2 = new LinkedList<>();
        }
    
        public void push(int x) {
        
            if(!qu1.isEmpty()) {
        
                qu1.offer(x);
            } else if (!qu2.isEmpty()) {
        
                qu2.offer(x);
            }else {
        
                qu1.offer(x);
            }
        }
    
        public int pop() {
        
            if(empty()) {
        
                return -1;//两个队列都为空，意味着当前的栈为空
            }
            if(!qu1.isEmpty()) {
        
                int size = qu1.size();
                for (int i = 0; i < size-1; i++) {
        
                    //for (int i = 0; i < qu1.size()-1; i++) {
        
                    int val = qu1.poll();
                    qu2.offer(val);
                }
                return qu1.poll();
            }else {
        
                int size = qu2.size();
                for (int i = 0; i < size-1; i++) {
        
                    int val = qu2.poll();
                    qu1.offer(val);
                }
                return qu2.poll();
            }
        }
        //peek
        public int top() {
        
            if(empty()) {
        
                return -1;//两个队列都为空，意味着当前的栈为空
            }
            if(!qu1.isEmpty()) {
        
                int size = qu1.size();
                int val = -1;
                for (int i = 0; i < size; i++) {
        
                    val = qu1.poll();
                    qu2.offer(val);
                }
                return val;
            }else {
        
                int size = qu2.size();
                int val = -1;
                for (int i = 0; i < size; i++) {
        
                    val = qu2.poll();
                    qu1.offer(val);
                }
                return val;
            }
        }
    
        public boolean empty() {
        
            return qu1.isEmpty() && qu2.isEmpty();
        }
    }
    
    
    /**
     * Your MyStack object will be instantiated and called as such:
     * MyStack obj = new MyStack();
     * obj.push(x);
     * int param_2 = obj.pop();
     * int param_3 = obj.top();
     * boolean param_4 = obj.empty();
     */

## ?[用栈实现队列][Link 2] ##

### ??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

class MyQueue {
        
    
        public MyQueue() {
        
    
        }
        
        public void push(int x) {
        
    
        }
        
        public int pop() {
        
    
        }
        
        public int peek() {
        
    
        }
        
        public boolean empty() {
        
    
        }
    }
    
    /**
     * 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();
     */

#### ?说明 ####

*  你 只能 使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop fromtop, 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。

#### ?示例 ####

![在这里插入图片描述][ff5bede29e81419391de66018c44f466.png]

### ??解法思路: ###

这个实现起来就简单多了

我们同样用两个栈来实现队列  
![在这里插入图片描述][b89cc0b096ad4a7e9371857f3a58cca9.png]

*  入栈的元素全部放入stack1中
 *  ![在这里插入图片描述][093f7e726d274e00b31758e8e3f599cf.png]
 *  出栈时，检查stack2是否为null，若为null
 *  则直接将stack1的元素出栈后入到stack2里
 *  然后弹出栈顶元素即可
 *  ![在这里插入图片描述][180060109dda4061af0ea3a19a3b8697.png]
 *  获取队列开头元素时，直接获取stck2栈顶元素就好了
 *  判断是否为null时，只要两个栈都为空，则队列就为null

### ??代码实现 ###

import java.util.Stack;
    
    class MyQueue {
        
    
        private Stack<Integer> stack1;
        private Stack<Integer> stack2;
    
        public MyQueue() {
        
            stack1 = new Stack<>();
            stack2 = new Stack<>();
        }
    
        public void push(int x) {
        
            stack1.push(x);
        }
    
        public int pop() {
        
            if (empty()) {
        
                return -1;
            }
            if (stack2.empty()) {
        
                while (!stack1.empty()) {
        
                    stack2.push(stack1.pop());
                }
            }
            return stack2.pop();
        }
    
        public int peek() {
        
            if (empty()) {
        
                return -1;
            }
            if (stack2.empty()) {
        
                while (!stack1.empty()) {
        
                    stack2.push(stack1.pop());
                }
            }
            return stack2.peek();
        }
    
        public boolean empty() {
        
            return stack1.empty() && stack2.empty();
        }
    }
    /**
     * 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();
     */

## ⭕总结 ##

关于《【数据结构】 栈与队列的相互实现》就讲解到这儿，感谢大家的支持，欢迎各位留言交流以及批评指正，如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注，点赞，收藏支持一下！

[94b094fa0d0f42bcac0a437a41e1eff4.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/69b99daa53684757b79c37f33788e6e9.png
[Link 1]: https://leetcode.cn/problems/implement-stack-using-queues/
[068ffc1e38074ed69d6bd2a512cde28e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/9ad292356f6543ad8465d3adc7eec776.png
[bec9c50860724d24a94b94513fcf4bd9.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/62183adc6adb4bc7bfae6382ef0fdbd0.png
[eb1d99ac89ff4e24b84bdd099019a199.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/bef35f75c3054ef2b80e25c15bc7e486.png
[013312fe7acc4786abdbed8389c27ed2.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/b64b578ff2604f6a93db9157c84f6493.png
[792dd47671434ef2a2f91bf56921b5b7.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/346f47d717ac4d7a8701789e7bac2ee1.png
[b7697b6773bb499aa4ae6a5bd01eecf3.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/518cc0fffd05482da2e73ebb26b4b214.png
[Link 2]: https://leetcode.cn/problems/implement-queue-using-stacks/
[ff5bede29e81419391de66018c44f466.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/3a6896efaa9a4faa837f386fb8aea461.png
[b89cc0b096ad4a7e9371857f3a58cca9.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/6419daad8cdd42509796b65e3eda637a.png
[093f7e726d274e00b31758e8e3f599cf.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/7ab0b36e407c4b4c9e051af73804b284.png
[180060109dda4061af0ea3a19a3b8697.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/be91d853019f47fcbbf7c5f923270893.png