最小栈

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

push(x) —— 将元素 x 推入栈中。
pop() —— 删除栈顶的元素。
top() —— 获取栈顶元素。
getMin() —— 检索栈中的最小元素。
 

示例:

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.

 

方法一：辅助栈
思路

要做出这道题目，首先要理解栈结构先进后出的性质。

对于栈来说，如果一个元素 a 在入栈时，栈里有其它的元素 b, c, d，那么无论这个栈在之后经历了什么操作，只要 a 在栈中，b, c, d 就一定在栈中，因为在 a 被弹出之前，b, c, d 不会被弹出。

因此，在操作过程中的任意一个时刻，只要栈顶的元素是 a，那么我们就可以确定栈里面现在的元素一定是 a, b, c, d。

那么，我们可以在每个元素 a 入栈时把当前栈的最小值 m 存储起来。在这之后无论何时，如果栈顶元素是 a，我们就可以直接返回存储的最小值 m。

 

算法

按照上面的思路，我们只需要设计一个数据结构，使得每个元素 a 与其相应的最小值 m 时刻保持一一对应。因此我们可以使用一个辅助栈，与元素栈同步插入与删除，用于存储与每个元素对应的最小值。

当一个元素要入栈时，我们取当前辅助栈的栈顶存储的最小值，与当前元素比较得出最小值，将这个最小值插入辅助栈中；

当一个元素要出栈时，我们把辅助栈的栈顶元素也一并弹出；

在任意一个时刻，栈内元素的最小值就存储在辅助栈的栈顶元素中。

 

#include<iostream>
#include<stack>

using namespace std;
class MinStack {
    stack<int> x_stack;
    stack<int> min_stack;
public:
    MinStack() {
        min_stack.push(INT_MAX);
    }
    

    //栈和最小栈的大小是一样的，每压入一个元素，都需要和上一个最小栈（栈顶）中元素比较大小
    void push(int x) {
        x_stack.push(x);
        min_stack.push(min(min_stack.top(), x));
    }
    //出栈，同步
    void pop() {
        x_stack.pop();
        min_stack.pop();
    }
    
    int top() {
        return x_stack.top();
    }
    
    int getMin() {
        return min_stack.top();
    }
};


int main(){
    MinStack* minStack = new MinStack();
    minStack->push(-2);
    minStack->push(0);
    minStack->push(-3);
    cout<<minStack->getMin()<<endl;  
    cout<<minStack->top()<<endl;      
    cout<<minStack->getMin()<<endl;   
}

 

复杂度分析

时间复杂度：对于题目中的所有操作，时间复杂度均为 O(1)。因为栈的插入、删除与读取操作都是 O(1)，我们定义的每个操作最多调用栈操作两次。

空间复杂度：O(n)，其中 n 为总操作数。最坏情况下，我们会连续插入 n个元素，此时两个栈占用的空间为 O(n)。