stack & queue及经典例题
1. 用2个stack sort numbers
给定一个stack1，里面的数是unsorted，只允许用额外一个stack2去sort这个stack。
分析思路如下：
- 一个global_min来放当前最小值（初始为stack1.pop()出来的值）
- 然后依次和stack1.pop()出来的值进行比较，如global_min<stack1.pop()，则把stack1.pop()的值压入stack2，继续比较；如global_min>stack1.pop()，则把global_min压入stack2，global_min换成stack.pop()
- 直到比完stack1最后一个值，再把第一轮最后的global_min压入stack1，此时的global_min为最小值
- 把stack2中的数再压回stack1
- 接着比下一轮时要注意，不是从stack1最底层开始比，要从stack1未sort好的部分开始比，即相当于每次压入global_min就在其后加一个挡板，之后的每一轮都从它之后的unsorted的数比较
- 一直重复，直到『挡板』移到stack1最后一个数
图示：
* 如果stack1里有很多重复的元素，有没有更优化的方案？
思路1：我们可以把和global_min重复的元素也放入stack2
思路2：使用counter，记录和global_min重复的元素，但是并不压入stack2，最后global_min压入stack1的时候，根据counter，压入等量的数
我们选择思路2:
代码如下：
注意这里的stack是用LinkedList（参考LinkedList）实现的，所以这里的
peekFirst==peek
offerFirst==push
pollFirst==pop
可以看成是deque，但是只用一边进出
public class Solution { public void sort(LinkedList<Integer> s1) { LinkedList<Integer> s2 = new LinkedList<Integer>(); // Write your solution here. int n=s1.size(); sort_stack(s1,s2,n); } private void sort_stack(LinkedList<Integer> s1, LinkedList<Integer> s2, int size){ int i=0; while(i<size-1){ Integer global_max=s1.pollFirst(); int counter=1; for(int j=0;j<size-i-1;j++){ if(s1.peekFirst()<global_max){ s2.offerFirst(s1.pollFirst()); }else if(s1.peekFirst()==global_max){ s1.pollFirst(); counter+=1; }else{ for(int k=1; k<=counter;k++){ s2.offerFirst(global_max); } global_max=s1.pollFirst(); counter=1; } } for(int k=1; k<=counter;k++){ s1.offerFirst(global_max); } while(!s2.isEmpty()){ s1.offerFirst(s2.pollFirst()); } i++; } } }
2. 用两个stack实现一个queue
enqueue: (in)stack1： 用来存新的元素
dequeue: (out)stack2：用来pop：case1 如果stack2非空，直接pop —— O(1)
case2 如果stack2为空，先把所有的元素从stack1倒到stack2，再pop —— O(n)
我们来分析一下armotized time complexity of dequeue:
- 1st: n*stack1.pop()+n*s2.push()+1
- 2nd: 1
- 3rd: 1
- .
- .
所以：(2n+1+1*(n-1))/n=3=O(1)
（分子是underlying stack operations，分母是dequeue operations that we can support）
代码如下：
public class Solution { private Deque<Integer> stack1=new LinkedList<>(); private Deque<Integer> stack2=new LinkedList<>(); private void shuffle(){ while(!stack1.isEmpty()){ stack2.push(stack1.pop()); } } public Integer poll() { if(stack2.isEmpty()){ shuffle(); } if(stack2.isEmpty()){ return null; } return stack2.pop(); } public void offer(int element) { stack1.push(element); } public Integer peek() { if(stack2.isEmpty()){ shuffle(); } if(stack2.isEmpty()){ return null; } return stack2.peek(); } public int size() { return stack1.size()+stack2.size(); } public boolean isEmpty() { if(stack2.isEmpty() && stack1.isEmpty()){ return true; } return false; } }
*变种题1：两个queue实现一个stack
Q：->xxxxxx->
S: ->xxxxxx
<-
push(): 直接往Q1放
pop(): 把除了最后的元素都移到Q2，然后再Q1.pop()
然后直接换一下reference，下次就又可以直接操作Q1
此时Q2的作用相当于一个buffer
*变种题2：一个queue实现一个stack
此时我们要假设可以一直知道queue的size
push()：直接从q push
pop(): 此时需要先把顶层前面的元素pop出来，然后从屁股push回去，直到把顶层元素压到最底层，pop出来
3. 用stack实现min() function
pop() push() top() min()
stack1：is used to store input elements
minstack：is used to store the min element so far in s1 (as its top elements)
TC=O(1)
SC=O（n）
要注意的是，minstake里的数要和stack1的同步，比如stack1pop出一个数，如果这个数也再minstack的顶上，我们也要pop出
public class Solution { public Solution() { // write your solution here } Deque<Integer> stack=new LinkedList<>(); Deque<Integer> minstack=new LinkedList<>(); public int pop() { if(stack.isEmpty()){ return -1; } Integer element=stack.pop(); if(element.equals(minstack.peek())){ minstack.pop(); } return element; } public void push(int element) { stack.push(element); if(minstack.isEmpty()||element<=minstack.peek()){ minstack.push(element); } } public int top() { if(stack.isEmpty()){ return -1; } return stack.peek(); } public int min() { if(stack.isEmpty() && minstack.isEmpty()){ return -1; } return minstack.peek(); } }
4. 用2或3个stack实现deque
deque：left.add() left.remove() right.add() right.remove()
1）用两个stack：头对头
-> ||s1 s2|| ->
<- <-
left.add()=s1.push()——O（1）
right.add()=s2.push()——O（1）
left.remove()：如果S1非空，则直接S1.pop()——O(1)
如果S1为空，则把所有元素从S2移到S1，再S1.pop() ——O（n）
同理，right.remove()
那我们来算一下remove的amortized time
worst case应该是
L.remove(); ——2n+1
R.remove(); ——2(n-1)+1
L.remove(); ——2(n-2)+!
R.remove(); ——2(n-3)+!
……
amotized time=(2n+!+2(n-1)+1+……+1)/n=n
无法amortize成O(1)
2）三个strck来提高 remove的TC
S1和S2仍然作为左右手，而S3则作为一个buffer，来存放一半的元素
例如deque=5678
56||S1 S2||78
如果，初始状态为：
||S1 S2||5678
我们希望最后变成：
56||S1 S2||78
- 先把S2的一半7，8pop 出S2，压入S3：n/2 pop out of S2, n/2 push into S3
- 再把剩的一半pop出S2，压入S1：n/2 pop out of S2, n/2 push into S1
- 再把7，8压回S2：n/2 pop out of S3, n/2 push into S2
n/2*6=3n。之后的n/2个操作，我们只需要pop对应边的元素就行了
此时的amortized time=(3n+1*n/2)/(n/2)=7=O(1)
总结：
1. 什么时候需要往stack上考虑？
当需要从左到右scan一个array/string时，如果要不断的回头看左边最新的元素师
eg:逆波兰表达式：a*(b+c) -> abc+*
public class Solution { public int evalRPN(String[] tokens) { // Write your solution here Deque<Integer> stack=new LinkedList<>(); for(int i=0;i<tokens.length;i++){ if(tokens[i]!="+" && tokens[i]!="-" && tokens[i]!="*" && tokens[i]!="/"){ Integer op = Integer.valueOf(Integer.parseInt(tokens[i])); stack.push(op); }else{ int op1=stack.pop(); int op2=stack.pop(); int res=0; if(tokens[i]=="+"){ res=op1+op2; }else if(tokens[i]=="-"){ res=op2-op1; //顺序 }else if(tokens[i]=="*"){ res=op2*op1; }else{ res=op2/op1; } stack.push(res); } } return stack.pop(); } }
2. 常见性质：S1的所有元素倒进S2, S2的顺序完全reverse
S1->S2->S1顺序不变，amortized tc分摊到每一个move的元素时间为O(1)
