「哈希表」最大频率栈(力扣第895题)

本题为11月30日力扣每日一题

题目来源:力扣第895题

题目tag:哈希表

题面

题目描述

设计一个类似堆栈的数据结构，将元素推入堆栈，并从堆栈中弹出出现频率最高的元素。

实现 FreqStack 类:

• FreqStack() 构造一个空的堆栈。
• void push(int val) 将一个整数 val 压入栈顶。
• int pop() 删除并返回堆栈中出现频率最高的元素。如果出现频率最高的元素不只一个，则移除并返回最接近栈顶的元素。

示例

输入：

["FreqStack","push","push","push","push","push","push","pop","pop","pop","pop"],
[[],[5],[7],[5],[7],[4],[5],[],[],[],[]]

输出：

[null,null,null,null,null,null,null,5,7,5,4]

解释：

FreqStack = new FreqStack();
freqStack.push(5); //堆栈为 [5]
freqStack.push(7); //堆栈是 [5,7]
freqStack.push(5); //堆栈是 [5,7,5]
freqStack.push(7); //堆栈是 [5,7,5,7]
freqStack.push(4); //堆栈是 [5,7,5,7,4]
freqStack.push(5); //堆栈是 [5,7,5,7,4,5]
freqStack.pop();   //返回 5 ，因为 5 出现频率最高。堆栈变成 [5,7,5,7,4]。
freqStack.pop();   //返回 7 ，因为 5 和 7 出现频率最高，但7最接近顶部。堆栈变成 [5,7,5,4]。
freqStack.pop();   //返回 5 ，因为 5 出现频率最高。堆栈变成 [5,7,4]。
freqStack.pop();   //返回 4 ，因为 4, 5 和 7 出现频率最高，但 4 是最接近顶部的。堆栈变成 [5,7]。

提示

0 <= val <= $ 10^9 $

push 和 pop 的操作数不大于 $ 2 * 10^4 $。

输入保证在调用 pop 之前堆栈中至少有一个元素。

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思路分析

就我个人而言,当我看到题目要实现一个最大频率栈的时候,我的第一反应是使用单调栈来解决(只是第一反应).而要维护这样一个单调栈,就需要能在常数时间中取得当前元素的频率

而每次在常数时间中取得当前元素的频率这件事,显然只需要将元素作为键,将出现频率作为值,利用哈希表就可以完成了.想到这里我突然发现弹出最大频率元素也可以用哈希表就可以直接解决了.

我们只需要维护一个哈希表,它以出现频率为键,以这个频率所有元素组成的栈为值(其实就是一组栈啦,只是借用了哈希表的变长存储和快速查找而已),在维护一个保存最大频率的变量,就可以实现每次弹出最大频率的元素啦!

或许这题的难点也在这里,数据的物理结构和逻辑结构并不需要完全对应,甚至可以完全不一样.因为对外来说,内部的结构都是不可见的,所以只需要能完成指定的行为即可,无需拘泥于特定的形式.

参考代码

class FreqStack
{
private:
    // 最大频率
    int maxFreq;

    // 记录各个数频率用的桶
    unordered_map<int, int> book;

    // 每个频率对应的元素组成的各个栈的集合
    unordered_map<int, stack<int>> bucket;

public:
    /*
        初始化对象

        在C++中此处只需要初始化最大频率属性即可
    */
    FreqStack()
    {
        maxFreq = 0;
    }

    /*
        元素入栈
    */
    void push(int val)
    {
        book[val]++; // 更新当前元素出现频率
        bucket[book[val]].push(val); // 将元素推入对应频率的栈中
        maxFreq = max(maxFreq, book[val]); // 更新最大频率
    }

    int pop()
    {
        // 取出最大频率对应的栈顶元素
        int res = bucket[maxFreq].top();
        bucket[maxFreq].pop();

        // 料理后事
        book[res]--;
        if (bucket[maxFreq].empty()) // 如果空了,手动减小最大频率
        {
            maxFreq--;
        }

        return res;
    }
};

/**
 * Your FreqStack object will be instantiated and called as such:
 * FreqStack* obj = new FreqStack();
 * obj->push(val);
 * int param_2 = obj->pop();
 */

"正是我们每天反复做的事情，最终造就了我们，优秀不是一种行为，而是一种习惯" ---亚里士多德