Question

232. 用栈实现队列

English Version

题目描述

请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作（push、pop、peek、empty）：

实现 MyQueue 类：

• void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾
• int pop() 从队列的开头移除并返回元素
• int peek() 返回队列开头的元素
• boolean empty() 如果队列为空，返回 true ；否则，返回 false

说明：

• 你 只能 使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
• 你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque（双端队列）来模拟一个栈，只要是标准的栈操作即可。

 

示例 1：

输入：
["MyQueue", "push", "push", "peek", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 1, 1, false]

解释：
MyQueue myQueue = new MyQueue();
myQueue.push(1); // queue is: [1]
myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)
myQueue.peek(); // return 1
myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]
myQueue.empty(); // return false

 

提示：

• 1 <= x <= 9
• 最多调用 100 次 push、pop、peek 和 empty
• 假设所有操作都是有效的 （例如，一个空的队列不会调用 pop 或者 peek 操作）

 

进阶：

• 你能否实现每个操作均摊时间复杂度为 O(1) 的队列？换句话说，执行 n 个操作的总时间复杂度为 O(n) ，即使其中一个操作可能花费较长时间。

解法

方法一：双栈

我们使用两个栈，其中栈 stk1用于入队，另一个栈 stk2 用于出队。

入队时，直接将元素入栈 stk1。时间复杂度 $O(1)$。

出队时，先判断栈 stk2 是否为空，如果为空，则将栈 stk1 中的元素全部出栈并入栈 stk2，然后再从栈 stk2 中出栈一个元素。如果栈 stk2 不为空，则直接从栈 stk2 中出栈一个元素。均摊时间复杂度 $O(1)$。

获取队首元素时，先判断栈 stk2 是否为空，如果为空，则将栈 stk1 中的元素全部出栈并入栈 stk2，然后再从栈 stk2 中获取栈顶元素。如果栈 stk2 不为空，则直接从栈 stk2 中获取栈顶元素。均摊时间复杂度 $O(1)$。

判断队列是否为空时，只要判断两个栈是否都为空即可。时间复杂度 $O(1)$。

class MyQueue:
  def __init__(self):
    self.stk1 = []
    self.stk2 = []

  def push(self, x: int) -> None:
    self.stk1.append(x)

  def pop(self) -> int:
    self.move()
    return self.stk2.pop()

  def peek(self) -> int:
    self.move()
    return self.stk2[-1]

  def empty(self) -> bool:
    return not self.stk1 and not self.stk2

  def move(self):
    if not self.stk2:
      while self.stk1:
        self.stk2.append(self.stk1.pop())


# Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
# obj = MyQueue()
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()
# param_3 = obj.peek()
# param_4 = obj.empty()

class MyQueue {
  private Deque<Integer> stk1 = new ArrayDeque<>();
  private Deque<Integer> stk2 = new ArrayDeque<>();

  public MyQueue() {
  }

  public void push(int x) {
    stk1.push(x);
  }

  public int pop() {
    move();
    return stk2.pop();
  }

  public int peek() {
    move();
    return stk2.peek();
  }

  public boolean empty() {
    return stk1.isEmpty() && stk2.isEmpty();
  }

  private void move() {
    while (stk2.isEmpty()) {
      while (!stk1.isEmpty()) {
        stk2.push(stk1.pop());
      }
    }
  }
}

/**
 * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
 * MyQueue obj = new MyQueue();
 * obj.push(x);
 * int param_2 = obj.pop();
 * int param_3 = obj.peek();
 * boolean param_4 = obj.empty();
 */

class MyQueue {
public:
  MyQueue() {
  }

  void push(int x) {
    stk1.push(x);
  }

  int pop() {
    move();
    int ans = stk2.top();
    stk2.pop();
    return ans;
  }

  int peek() {
    move();
    return stk2.top();
  }

  bool empty() {
    return stk1.empty() && stk2.empty();
  }

private:
  stack<int> stk1;
  stack<int> stk2;

  void move() {
    if (stk2.empty()) {
      while (!stk1.empty()) {
        stk2.push(stk1.top());
        stk1.pop();
      }
    }
  }
};

/**
 * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
 * MyQueue* obj = new MyQueue();
 * obj->push(x);
 * int param_2 = obj->pop();
 * int param_3 = obj->peek();
 * bool param_4 = obj->empty();
 */

type MyQueue struct {
  stk1 []int
  stk2 []int
}

func Constructor() MyQueue {
  return MyQueue{[]int{}, []int{}}
}

func (this *MyQueue) Push(x int) {
  this.stk1 = append(this.stk1, x)
}

func (this *MyQueue) Pop() int {
  this.move()
  ans := this.stk2[len(this.stk2)-1]
  this.stk2 = this.stk2[:len(this.stk2)-1]
  return ans
}

func (this *MyQueue) Peek() int {
  this.move()
  return this.stk2[len(this.stk2)-1]
}

func (this *MyQueue) Empty() bool {
  return len(this.stk1) == 0 && len(this.stk2) == 0
}

func (this *MyQueue) move() {
  if len(this.stk2) == 0 {
    for len(this.stk1) > 0 {
      this.stk2 = append(this.stk2, this.stk1[len(this.stk1)-1])
      this.stk1 = this.stk1[:len(this.stk1)-1]
    }
  }
}

/**
 * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
 * obj := Constructor();
 * obj.Push(x);
 * param_2 := obj.Pop();
 * param_3 := obj.Peek();
 * param_4 := obj.Empty();
 */

class MyQueue {
  stk1: number[];
  stk2: number[];

  constructor() {
    this.stk1 = [];
    this.stk2 = [];
  }

  push(x: number): void {
    this.stk1.push(x);
  }

  pop(): number {
    this.move();
    return this.stk2.pop();
  }

  peek(): number {
    this.move();
    return this.stk2.at(-1);
  }

  empty(): boolean {
    return !this.stk1.length && !this.stk2.length;
  }

  move(): void {
    if (!this.stk2.length) {
      while (this.stk1.length) {
        this.stk2.push(this.stk1.pop()!);
      }
    }
  }
}

/**
 * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
 * var obj = new MyQueue()
 * obj.push(x)
 * var param_2 = obj.pop()
 * var param_3 = obj.peek()
 * var param_4 = obj.empty()
 */

struct MyQueue {
  in_stack: Vec<i32>,
  out_stack: Vec<i32>,
}

/**
 * `&self` means the method takes an immutable reference.
 * If you need a mutable reference, change it to `&mut self` instead.
 */
impl MyQueue {
  fn new() -> Self {
    Self {
      in_stack: vec![],
      out_stack: vec![],
    }
  }

  fn push(&mut self, x: i32) {
    self.in_stack.push(x);
  }

  fn pop(&mut self) -> i32 {
    if self.out_stack.is_empty() {
      self.fill_out();
    }
    self.out_stack.pop().unwrap()
  }

  fn peek(&mut self) -> i32 {
    if self.out_stack.is_empty() {
      self.fill_out();
    }
    *self.out_stack.last().unwrap()
  }

  fn empty(&self) -> bool {
    self.in_stack.is_empty() && self.out_stack.is_empty()
  }

  fn fill_out(&mut self) {
    let MyQueue { in_stack, out_stack } = self;
    if out_stack.is_empty() {
      while !in_stack.is_empty() {
        out_stack.push(in_stack.pop().unwrap());
      }
    }
  }
}/**
 * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
 * let obj = MyQueue::new();
 * obj.push(x);
 * let ret_2: i32 = obj.pop();
 * let ret_3: i32 = obj.peek();
 * let ret_4: bool = obj.empty();
 */