用两个栈实现队列(剑指offer 09)

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一、题目描述

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 deleteHead ,分别完成在队列尾部插入整数和在队列头部删除整数的功能。(若队列中没有元素,deleteHead 操作返回 -1 )

示例 1:

输入: ["CQueue","appendTail","deleteHead","deleteHead"] [[],[3],[],[]] 输出:[null,null,3,-1]

示例 2:

输入: ["CQueue","deleteHead","appendTail","appendTail","deleteHead","deleteHead"] [[],[],[5],[2],[],[]] 输出:[null,-1,null,null,5,2]

提示:

1 <= values <= 10000 最多会对 appendTail、deleteHead 进行 10000 次调用

二、思路讲解

首先要明确栈是先进后出的,与队列的先进先出刚好相反。

第一个函数功能是在队列尾部插入整数,那么无论是队列还是栈,直接push就实现了这个功能;

第二个函数功能是在队列头部删除整数,那么仅靠一个栈就不能完成了。我们可以换个角度,由于栈的进出规则和队列是刚好相反的,那么我们再借助一个栈,将第一个栈中的元素逐一弹出,再逐一压入第二个栈中,再弹出,那么,从这两个栈的外部看来,是不是就实现了先进先出的功能呢?

三、算法描述

要实现在队列尾部插入整数,直接将元素压入第一个栈中即可;

要实现在队列头部删除整数,先判断第二个栈是否为空,若为空,则将第一个栈中的元素逐一弹出,再压入第二个栈中;

如果此时第二个栈仍为空,说明第一个栈中没有元素,返回-1;如果不为空,则弹出第二个栈中的一个元素(stack2栈顶元素即为队列尾部元素)即可。

四、Java代码实现

class CQueue {
	
	Deque<Integer> stack1;
	Deque<Integer> stack2;
	
	public CQueue() {
		stack1 = new LinkedList<Integer>();
		stack2 = new LinkedList<Integer>();
    }
    
	//在队列尾部插入整数
    public void appendTail(int value) {
    	stack1.push(value);
    }
    
    //在队列头部删除整数
    public int deleteHead() {
    	
    	if(stack2.isEmpty()) {
    		//将stack1中元素一一弹入stack2中
    		while(!stack1.isEmpty()) {
    			stack2.push(stack1.pop());
    		}
    	} 
    	
    	//此时为空,说明stack1中没有元素;否则stack2栈顶元素即为队列尾部元素
    	if(stack2.isEmpty()) {
    		return -1;
    	} else {
    		return stack2.pop();
    	}
    }
}

五、时空复杂度分析

1、时间复杂度

对于插入和删除操作,时间复杂度均为O(1)。插入不多说,对于删除操作,虽然看起来是 O(n) 的时间复杂度,但是仔细考虑下每个元素只会至多被插入和弹出 stack2 一次,因此均摊下来每个元素被删除的时间复杂度仍为 O(1)。

2、空间复杂度

O(n)。需要使用两个栈存储已有的元素。