假设我们有两个堆栈,没有其他临时变量。

是否有可能“构造”一个队列数据结构只使用两个堆栈?


当前回答

保持2个堆栈,让我们称之为收件箱和发件箱。

排队:

将新元素推到收件箱上

出列:

如果发件箱为空,则通过弹出收件箱中的每个元素并将其推入发件箱来重新填充它 弹出并返回发件箱中的顶部元素

使用这种方法,每个元素只在每个堆栈中存在一次——这意味着每个元素将被压入两次,弹出两次,从而给出平摊常数时间操作。

下面是Java中的实现:

public class Queue<E>
{

    private Stack<E> inbox = new Stack<E>();
    private Stack<E> outbox = new Stack<E>();

    public void queue(E item) {
        inbox.push(item);
    }

    public E dequeue() {
        if (outbox.isEmpty()) {
            while (!inbox.isEmpty()) {
               outbox.push(inbox.pop());
            }
        }
        return outbox.pop();
    }

}

其他回答

使用O(1) dequeue(),这与pythonquick的答案相同:

// time: O(n), space: O(n)
enqueue(x):
    if stack.isEmpty():
        stack.push(x)
        return
    temp = stack.pop()
    enqueue(x)
    stack.push(temp)

// time: O(1)
x dequeue():
    return stack.pop()

使用O(1) enqueue()(这在本文中没有提到,所以这个答案),它也使用回溯来冒泡并返回最底部的项。

// O(1)
enqueue(x):
    stack.push(x)

// time: O(n), space: O(n)
x dequeue():
    temp = stack.pop()
    if stack.isEmpty():
        x = temp
    else:
        x = dequeue()
        stack.push(temp)
    return x

显然,这是一个很好的编码练习,因为它效率很低,但仍然很优雅。

虽然你会得到很多与实现两个堆栈的队列相关的帖子: 1. 要么使enQueue进程的开销大大增加 2. 或者通过增加deQueue进程的开销

https://www.geeksforgeeks.org/queue-using-stacks/

我从上面的帖子中发现的一个重要方法是只使用堆栈数据结构和递归调用堆栈来构造队列。

虽然有人可能会说,从字面上看,这仍然是使用两个堆栈,但理想情况下,这只使用一个堆栈数据结构。

下面是问题的解释:

Declare a single stack for enQueuing and deQueing the data and push the data into the stack. while deQueueing have a base condition where the element of the stack is poped when the size of the stack is 1. This will ensure that there is no stack overflow during the deQueue recursion. While deQueueing first pop the data from the top of the stack. Ideally this element will be the element which is present at the top of the stack. Now once this is done, recursively call the deQueue function and then push the element popped above back into the stack.

代码如下所示:

if (s1.isEmpty())
System.out.println("The Queue is empty");
        else if (s1.size() == 1)
            return s1.pop();
        else {
            int x = s1.pop();
            int result = deQueue();
            s1.push(x);
            return result;

通过这种方式,您可以使用单个堆栈数据结构和递归调用堆栈创建队列。

使用堆栈实现队列的以下操作。

push(x)——将元素x推到队列的后面。

pop()——从队列前面移除元素。

peek()——获取前端元素。

empty()——返回队列是否为空。

class MyQueue {

  Stack<Integer> input;
  Stack<Integer> output;

  /** Initialize your data structure here. */
  public MyQueue() {
    input = new Stack<Integer>();
    output = new Stack<Integer>();
  }

  /** Push element x to the back of queue. */
  public void push(int x) {
    input.push(x);
  }

  /** Removes the element from in front of queue and returns that element. */
  public int pop() {
    peek();
    return output.pop();
  }

  /** Get the front element. */
  public int peek() {
    if(output.isEmpty()) {
        while(!input.isEmpty()) {
            output.push(input.pop());
        }
    }
    return output.peek();
  }

  /** Returns whether the queue is empty. */
  public boolean empty() {
    return input.isEmpty() && output.isEmpty();
  }
}

不过,时间的复杂性会更糟。一个好的队列实现在常数时间内完成所有事情。

Edit

不知道为什么我的答案在这里被否决了。如果我们编程,我们会关心时间复杂度,使用两个标准堆栈来创建队列是低效的。这是一个非常有效和相关的观点。如果有人觉得有必要再投反对票,我很想知道为什么。

更详细一点:关于为什么使用两个堆栈比使用一个队列更糟糕:如果您使用两个堆栈,并且有人在发件箱为空时调用dequeue,则需要线性时间才能到达收件箱的底部(正如您可以在Dave的代码中看到的那样)。

您可以将队列实现为单链表(每个元素指向下一个插入的元素),保留一个额外的指针指向最后一个插入的元素进行推操作(或使其成为循环列表)。在此数据结构上实现队列和出队列非常容易,只需常数时间即可完成。这是最坏情况的常数时间,不是平摊。而且,正如注释中要求澄清的那样,最坏情况下常数时间严格来说比平摊常数时间要好。

下面是使用ES6语法的javascript语言解决方案。

Stack.js

//stack using array
class Stack {
  constructor() {
    this.data = [];
  }

  push(data) {
    this.data.push(data);
  }

  pop() {
    return this.data.pop();
  }

  peek() {
    return this.data[this.data.length - 1];
  }

  size(){
    return this.data.length;
  }
}

export { Stack };

QueueUsingTwoStacks.js

import { Stack } from "./Stack";

class QueueUsingTwoStacks {
  constructor() {
    this.stack1 = new Stack();
    this.stack2 = new Stack();
  }

  enqueue(data) {
    this.stack1.push(data);
  }

  dequeue() {
    //if both stacks are empty, return undefined
    if (this.stack1.size() === 0 && this.stack2.size() === 0)
      return undefined;

    //if stack2 is empty, pop all elements from stack1 to stack2 till stack1 is empty
    if (this.stack2.size() === 0) {
      while (this.stack1.size() !== 0) {
        this.stack2.push(this.stack1.pop());
      }
    }

    //pop and return the element from stack 2
    return this.stack2.pop();
  }
}

export { QueueUsingTwoStacks };

用法如下:

index.js

import { StackUsingTwoQueues } from './StackUsingTwoQueues';

let que = new QueueUsingTwoStacks();
que.enqueue("A");
que.enqueue("B");
que.enqueue("C");

console.log(que.dequeue());  //output: "A"