隊(duì)列實(shí)現(xiàn)棧的3種方法，全都擊敗了100%的用戶！
本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「Java中文社群」，作者磊哥。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系Java中文社群公眾號(hào)。
今天我們要講的是「用隊(duì)列實(shí)現(xiàn)?！?，它們都屬于常見的面試題，而我們今天要用多種方法來實(shí)現(xiàn)隊(duì)列到棧的“轉(zhuǎn)變”。
老規(guī)矩，先來回顧一下棧(Stack)和隊(duì)列(Queue)的特性和常見方法。
棧是后進(jìn)先出(LIFO)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，常見方法如下：
- push()：入棧方法，向棧頂添加元素;
- pop()：出棧方法，將棧頂?shù)脑匾瞥⒎祷卦?
- peek()：查詢棧頂元素，并不會(huì)移除元素。
隊(duì)列是先進(jìn)先出(FIFO)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，常見方法如下：
- offer()：入隊(duì)方法，向隊(duì)尾添加元素;
- poll()：出隊(duì)方法，從隊(duì)頭移除并返回元素;
- peek()：查詢隊(duì)頭元素，并不會(huì)移除元素。
知道了這些基礎(chǔ)內(nèi)容之后，就來看今天的問題吧。
題目描述使用隊(duì)列實(shí)現(xiàn)棧的下列操作：
- push(x) -- 元素 x 入棧
- pop() -- 移除棧頂元素
- top() -- 獲取棧頂元素
- empty() -- 返回棧是否為空
注意:
- 你只能使用隊(duì)列的基本操作-- 也就是 push to back, peek/pop from front, size, 和 is empty 這些操作是合法的;
- 你所使用的語言也許不支持隊(duì)列。你可以使用 list 或者 deque(雙端隊(duì)列)來模擬一個(gè)隊(duì)列 , 只要是標(biāo)準(zhǔn)的隊(duì)列操作即可;
- 你可以假設(shè)所有操作都是有效的(例如, 對(duì)一個(gè)空的棧不會(huì)調(diào)用 pop 或者 top 操作)。
LeetCode 225：https://leetcode-cn.com/problems/implement-stack-using-queues/
題目解析
這道題的題目很好理解：只需要將先進(jìn)先出的隊(duì)列，轉(zhuǎn)換為后進(jìn)先出的“棧”就可以了，我們可以從多個(gè)方向入手來實(shí)現(xiàn)此功能，比如使用兩個(gè)隊(duì)列插入并交換的方式，或者是一個(gè)隊(duì)列插入再交換的方式，或雙端隊(duì)列的方式來實(shí)現(xiàn)此功能，具體實(shí)現(xiàn)方法和代碼如下。
實(shí)現(xiàn)方法 1：兩個(gè)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)棧
之前我們用兩個(gè)棧實(shí)現(xiàn)了一個(gè)隊(duì)列的文章中，主要使用的是「負(fù)負(fù)得正」的思想，那么當(dāng)看到此道題時(shí)，首先應(yīng)該想到的是用兩個(gè)隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)一個(gè)棧，但這里的實(shí)現(xiàn)思路和用棧實(shí)現(xiàn)隊(duì)列的思路又略有不同，因?yàn)殛?duì)列都是先進(jìn)先出的，我們可以把它理解為「正數(shù)」，那么也就不能用「負(fù)負(fù)得正」的思想了，我們這里使用兩個(gè)隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)棧，主要的操作思路是先將元素插入一個(gè)臨時(shí)隊(duì)列中，然后再將另一個(gè)隊(duì)列的所有元素插入到臨時(shí)隊(duì)列的尾部，從而實(shí)現(xiàn)后進(jìn)先出功能的，具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下。
步驟一
添加首個(gè)元素，入列到臨時(shí)隊(duì)列 queue2：
步驟二
因?yàn)檎疥?duì)列中無元素，因此無需將 queue1 中的元素移動(dòng)到臨時(shí)隊(duì)列 queue2 的尾部，直接將臨時(shí)隊(duì)列和正式隊(duì)列互換即可：
步驟三
添加第二個(gè)元素，先入列到臨時(shí)隊(duì)列 queue2：
步驟四
再將 queue1 中的元素移動(dòng)到 queue2 的尾部，如下所示：
步驟五
再將 queue1 和 queue2 進(jìn)行互換：
步驟六
執(zhí)行出隊(duì)操作：
最終效果
從最終的效果圖我們可以看出，通過兩個(gè)隊(duì)列已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了后進(jìn)先出的特性，也就是完成了從隊(duì)列到棧的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)代碼如下：
- import java.util.Queue;
- class MyStack {
- Queue<Integer> queue1;
- Queue<Integer> queue2;
- public MyStack() {
- queue1 = new LinkedBlockingQueue();
- queue2 = new LinkedBlockingQueue();
- }
- /**
- * 入棧
- */
- public void push(int x) {
- // 1.入列臨時(shí)隊(duì)列二
- queue2.offer(x);
- // 2.將隊(duì)列一的所有元素移動(dòng)到隊(duì)列二
- while (!queue1.isEmpty()) {
- queue2.offer(queue1.poll());
- }
- // 3.隊(duì)列一和隊(duì)列二互換
- Queue<Integer> temp = queue1;
- queue1 = queue2;
- queue2 = temp;
- }
- /**
- * 出棧并返回此元素
- */
- public int pop() {
- return queue1.poll();
- }
- /**
- * 查詢棧頂元素
- */
- public int top() {
- return queue1.peek();
- }
- /**
- * 判斷是否為空
- */
- public boolean empty() {
- return queue1.isEmpty();
- }
- }
我們?cè)?LeetCode 中提交以上測(cè)試代碼，執(zhí)行結(jié)果如下：
此方法很穩(wěn)，竟然擊敗了 100% 的用戶。
實(shí)現(xiàn)方法 2：一個(gè)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)棧
那我們可以不可以用一個(gè)隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)棧呢?答案是肯定的。
我們只需要執(zhí)行以下兩個(gè)步驟就可以實(shí)現(xiàn)將隊(duì)列轉(zhuǎn)換為棧了，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
將元素入列到隊(duì)尾;
再將除隊(duì)尾之外的所有元素移除并重寫入列。
這樣操作之后，最后進(jìn)入的隊(duì)尾元素反而變成了隊(duì)頭元素，也就實(shí)現(xiàn)了后進(jìn)先出的功能了，如下圖所示。
步驟一
元素 1 入列：
步驟二
元素 2 入列：
步驟三
將最后一個(gè)元素之前的所有元素，也就是元素 1，出列重新入列：
步驟四
執(zhí)行出隊(duì)操作：
最終效果
以上思路的實(shí)現(xiàn)代碼如下：
- import java.util.Queue;
- class MyStack {
- Queue<Integer> queue1;
- public MyStack() {
- queue1 = new LinkedBlockingQueue();
- }
- /**
- * 入棧
- */
- public void push(int x) {
- // 獲取原隊(duì)列長(zhǎng)度（要移動(dòng)的次數(shù)）
- int count = queue1.size();
- // 將元素放入隊(duì)尾
- queue1.offer(x);
- // 將除最后一個(gè)元素外，其他的元素重新入隊(duì)
- for (int i = 0; i < count; i++) {
- System.out.println("for");
- queue1.offer(queue1.poll());
- }
- }
- /**
- * 出棧并返回此元素
- */
- public int pop() {
- return queue1.poll();
- }
- /**
- * 查詢棧頂元素
- */
- public int top() {
- return queue1.peek();
- }
- /**
- * 判斷是否為空
- */
- public boolean empty() {
- return queue1.isEmpty();
- }
- }
- 我們把以上代碼在 LeetCode
我們把以上代碼在 LeetCode 中提交，執(zhí)行結(jié)果如下：
此方法依舊很穩(wěn)，也是同樣的擊敗了 100% 的用戶，只不過此方法在內(nèi)存方面有更好的表現(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)方法 3：雙端隊(duì)列實(shí)現(xiàn)棧
如果覺得以上方法比較難的話，最后我們還有一個(gè)更簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法，我們可以使用 Java 中的雙端隊(duì)列 ArrayDeque 來實(shí)現(xiàn)將元素可以插入隊(duì)頭或隊(duì)尾，同樣移除也是，那么這樣我們就可以從隊(duì)尾入再從隊(duì)尾出，從而就實(shí)現(xiàn)了棧的功能了。
雙端隊(duì)列結(jié)構(gòu)如下：
我們來演示一下用雙端隊(duì)列實(shí)現(xiàn)棧的具體步驟。
步驟一
元素 1 入隊(duì)：
步驟二
元素 2 入隊(duì)(隊(duì)尾)：
步驟三
再從隊(duì)尾出隊(duì)：
最終效果
以上思路的實(shí)現(xiàn)代碼如下：
- import java.util.ArrayDeque;
- class MyStack {
- ArrayDeque<Integer> deque;
- public MyStack() {
- deque = new ArrayDeque<>();
- }
- /**
- * 入棧
- */
- public void push(int x) {
- deque.offer(x);
- }
- /**
- * 出棧并返回此元素
- */
- public int pop() {
- return deque.pollLast();
- }
- /**
- * 查詢棧頂元素
- */
- public int top() {
- return empty() ? -1 : deque.peekLast();
- }
- /**
- * 判斷是否為空
- */
- public boolean empty() {
- return deque.isEmpty();
- }
- }
我們把以上代碼在 LeetCode 中提交，執(zhí)行結(jié)果如下：
總結(jié)
本文我們用 3 種方法實(shí)現(xiàn)了將隊(duì)列轉(zhuǎn)換為棧，其中最簡(jiǎn)單的方法是用 Java 中自帶的雙端隊(duì)列 ArrayDeque 從隊(duì)尾入并從隊(duì)尾出就實(shí)現(xiàn)了棧 ，其他兩個(gè)方法使用的是普通隊(duì)列，通過入隊(duì)之后再移動(dòng)元素到入隊(duì)元素之后的方法，從而實(shí)現(xiàn)了棧的功能。
