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
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"
其他回答
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"
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();
}
}
在Swift中使用两个堆栈的队列实现:
struct Stack<Element> {
var items = [Element]()
var count : Int {
return items.count
}
mutating func push(_ item: Element) {
items.append(item)
}
mutating func pop() -> Element? {
return items.removeLast()
}
func peek() -> Element? {
return items.last
}
}
struct Queue<Element> {
var inStack = Stack<Element>()
var outStack = Stack<Element>()
mutating func enqueue(_ item: Element) {
inStack.push(item)
}
mutating func dequeue() -> Element? {
fillOutStack()
return outStack.pop()
}
mutating func peek() -> Element? {
fillOutStack()
return outStack.peek()
}
private mutating func fillOutStack() {
if outStack.count == 0 {
while inStack.count != 0 {
outStack.push(inStack.pop()!)
}
}
}
}
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。
我将在Go中回答这个问题，因为Go在其标准库中没有丰富的集合。
由于堆栈真的很容易实现，我想我应该尝试使用两个堆栈来完成一个双端队列。为了更好地理解我是如何得到我的答案的，我将实现分为两部分，第一部分希望更容易理解，但它是不完整的。
type IntQueue struct {
front []int
back []int
}
func (q *IntQueue) PushFront(v int) {
q.front = append(q.front, v)
}
func (q *IntQueue) Front() int {
if len(q.front) > 0 {
return q.front[len(q.front)-1]
} else {
return q.back[0]
}
}
func (q *IntQueue) PopFront() {
if len(q.front) > 0 {
q.front = q.front[:len(q.front)-1]
} else {
q.back = q.back[1:]
}
}
func (q *IntQueue) PushBack(v int) {
q.back = append(q.back, v)
}
func (q *IntQueue) Back() int {
if len(q.back) > 0 {
return q.back[len(q.back)-1]
} else {
return q.front[0]
}
}
func (q *IntQueue) PopBack() {
if len(q.back) > 0 {
q.back = q.back[:len(q.back)-1]
} else {
q.front = q.front[1:]
}
}
它基本上是两个堆栈，我们允许堆栈的底部相互操纵。我还使用了STL命名约定，其中堆栈的传统push、pop、peek操作都有一个front/back前缀，无论它们是指队列的前面还是后面。
上面代码的问题是它没有非常有效地使用内存。事实上，它会不断增长，直到空间耗尽。这太糟糕了。解决这个问题的方法是尽可能重用堆栈空间的底部。我们必须引入一个偏移量来跟踪这一点，因为围棋中的切片一旦收缩就不能在前面生长。
type IntQueue struct {
front []int
frontOffset int
back []int
backOffset int
}
func (q *IntQueue) PushFront(v int) {
if q.backOffset > 0 {
i := q.backOffset - 1
q.back[i] = v
q.backOffset = i
} else {
q.front = append(q.front, v)
}
}
func (q *IntQueue) Front() int {
if len(q.front) > 0 {
return q.front[len(q.front)-1]
} else {
return q.back[q.backOffset]
}
}
func (q *IntQueue) PopFront() {
if len(q.front) > 0 {
q.front = q.front[:len(q.front)-1]
} else {
if len(q.back) > 0 {
q.backOffset++
} else {
panic("Cannot pop front of empty queue.")
}
}
}
func (q *IntQueue) PushBack(v int) {
if q.frontOffset > 0 {
i := q.frontOffset - 1
q.front[i] = v
q.frontOffset = i
} else {
q.back = append(q.back, v)
}
}
func (q *IntQueue) Back() int {
if len(q.back) > 0 {
return q.back[len(q.back)-1]
} else {
return q.front[q.frontOffset]
}
}
func (q *IntQueue) PopBack() {
if len(q.back) > 0 {
q.back = q.back[:len(q.back)-1]
} else {
if len(q.front) > 0 {
q.frontOffset++
} else {
panic("Cannot pop back of empty queue.")
}
}
}
有很多小函数，但6个函数中有3个只是另一个的镜像。
