剑指Offer - 九度1512 - 用两个栈实现队列

剑指Offer - 九度1512 - 用两个栈实现队列
2013-11-29 21:23

题目描述：

用两个栈来实现一个队列，完成队列的Push和Pop操作。
队列中的元素为int类型。

输入：

每个输入文件包含一个测试样例。
对于每个测试样例，第一行输入一个n(1<=n<=100000)，代表队列操作的个数。
接下来的n行，每行输入一个队列操作：
1. PUSH X 向队列中push一个整数x(x>=0)
2. POP 从队列中pop一个数。

输出：

对应每个测试案例，打印所有pop操作中从队列pop中的数字。如果执行pop操作时，队列为空，则打印-1。

样例输入：

3
PUSH 10
POP
POP

样例输出：

10
-1

题意分析：
　　用两个栈实现一个队列。栈(stack)的特点是先进后出，是反的；而队列(queue)的特点是先进先出，是正的。因此用两个栈，反两次就能正过来。接下来咱看看怎么个反法。
　　咱们从例子入手：四个数1， 2， 3， 4进入队列，如果这时想pop的话，应当是1出队。两个栈s1，s2如下(左边代表栈顶)：
　　　　s1 = [4, 3, 2, 1]
　　　　s2 = []
　　但是1， 2， 3， 4进栈时，栈顶元素是4。要想取出1的话，必须先pop掉4，3，2。pop出来的元素又不能扔掉，就扔另一个栈里去吧，于是就成了这样：
　　　　s1 = [1]
　　　　s2 = [2, 3, 4]
　　因为进站后顺序又反了一次，所以s2中存储的顺序就是正确的出队顺序，这时直接从s1中pop出元素‘1’即可。如果要继续pop元素的话，s2栈不为空，直接pop就能得到正确的结果。
　　于是有了下面的思路：
　　　　　1. 初始化s1、s2为空。
　　　　　2. 当进队时，直接将元素push进s1。
　　　　　3. 当出队时，
　　　　　　　若s2不为空，直接pop s2的元素即可出队；
　　　　　　　若s2为空，则将s1中元素pop出来，并push到s2中，直到s1只剩一个元素。剩的那个元素pop出来就是出队的元素。
　　　　　　　当然，两个栈都为空的话pop操作是无效的。
　　这题应该算是很经典的面试题了，挺巧妙的。以下是ac的代码。push入队时间复杂度O(1)，pop出队时间复杂度O(1)或O(n)，均摊下来仍是O(1)。

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// 201311142215
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <stack>
using namespace std;

class MyQueue{
public:
    MyQueue()
    {
    }
    
    ~MyQueue()
    {
        while(!s1.empty()){
            s1.pop();
        }
        while(!s2.empty()){
            s1.pop();
        }
    }
    
    void push(int n)
    {
        s1.push(n);
    }
    
    int pop()
    {
        if(s1.size() <= 0 && s2.size() <= 0){
            // The queue is empty, return -1 to signal an error.
            return -1;
        }
        if(s2.size() > 0){
            int res = s2.top();
            s2.pop();
            return res;
        }else{
            int res;
            while(s1.size() > 1){
                res = s1.top();
                s1.pop();
                s2.push(res);
            }
            res = s1.top();
            s1.pop();
            return res;
        }
    }
    
    void clear()
    {
        while(s1.size() > 0){
            s1.pop();
        }
        while(s2.size() > 0){
            s2.pop();
        }
    }
    
    int size()
    {
        return s1.size() + s2.size();
    }
private:
    stack<int> s1, s2;
};

int main()
{
    char s[100];
    int n;
    int i;
    int tmp;
    MyQueue queue;
    
    while(scanf("%d", &n) == 1){
        for(i = 0; i < n; ++i){
            scanf("%s", s);
            if(strcmp(s, "PUSH") == 0){
                scanf("%d", &tmp);
                queue.push(tmp);
            }else if(strcmp(s, "POP") == 0){
                printf("%d\n", queue.pop());
            }
        }
        queue.clear();
    }
    
    return 0;
}