【算法】最小栈

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难度:中等

题目:

设计一个支持 pushpoptop 操作,并能在常数时间内检索到最小元素的栈。

实现 MinStack 类:

  • MinStack() 初始化堆栈对象。
  • void push(int val) 将元素val推入堆栈。
  • void pop() 删除堆栈顶部的元素。
  • int top() 获取堆栈顶部的元素。
  • int getMin() 获取堆栈中的最小元素。

示例 1:

输入:
["MinStack","push","push","push","getMin","pop","top","getMin"]
[[],[-2],[0],[-3],[],[],[],[]]

输出:
[null,null,null,null,-3,null,0,-2]

解释:
MinStack minStack = new MinStack();
minStack.push(-2);
minStack.push(0);
minStack.push(-3);
minStack.getMin();   --> 返回 -3.
minStack.pop();
minStack.top();      --> 返回 0.
minStack.getMin();   --> 返回 -2.

提示:

  • -231 <= val <= 231 - 1
  • poptopgetMin 操作总是在 非空栈 上调用
  • push, pop, top, and getMin最多被调用 3 * 104

解题思路:

设计一个支持常规栈操作且能快速检索最小元素的栈,通常需要使用两个栈:一个主栈用于常规的栈操作,另一个辅助栈用于跟踪最小元素。辅助栈只在主栈的元素小于或等于当前最小值时才压入元素,这样辅助栈的栈顶永远是最小值。

  1. 主栈:用于存储所有压入的元素。
  2. 辅助栈(或称为最小栈):用于存储当前的最小元素。每当一个新元素被压入主栈时,如果这个元素小于或等于辅助栈的栈顶元素(即当前最小值),则将这个元素压入辅助栈。
  3. pop 操作:当从主栈弹出元素时,检查这个元素是否等于辅助栈的栈顶元素,如果是,则同时从辅助栈中弹出这个元素。
  4. getMin 操作:直接返回辅助栈的栈顶元素,因为辅助栈的栈顶总是当前的最小元素。

JavaScript 实现:

var MinStack = function() {
    this.stack = []; // 主栈,用于常规的栈操作
    this.minStack = []; // 辅助栈,用于追踪最小元素
};

/** 
 * @param {number} val
 * @return {void}
 */
MinStack.prototype.push = function(val) {
    this.stack.push(val);
    // 如果辅助栈为空,或者新元素小于等于辅助栈的栈顶元素
    if (this.minStack.length === 0 || val <= this.minStack[this.minStack.length - 1]) {
        this.minStack.push(val);
    }
};

/**
 * @return {void}
 */
MinStack.prototype.pop = function() {
    const poppedVal = this.stack.pop();
    // 如果弹出的元素等于辅助栈的栈顶元素
    if (poppedVal === this.minStack[this.minStack.length - 1]) {
        this.minStack.pop();
    }
};

/**
 * @return {number}
 */
MinStack.prototype.top = function() {
    return this.stack[this.stack.length - 1];
};

/**
 * @return {number}
 */
MinStack.prototype.getMin = function() {
   return this.minStack[this.minStack.length - 1];
};

/**
 * Your MinStack object will be instantiated and called as such:
 * var obj = new MinStack()
 * obj.push(val)
 * obj.pop()
 * var param_3 = obj.top()
 * var param_4 = obj.getMin()
 */