Question

1381. 设计一个支持增量操作的栈

English Version

题目描述

请你设计一个支持对其元素进行增量操作的栈。

实现自定义栈类 CustomStack ：

• CustomStack(int maxSize)：用 maxSize 初始化对象，maxSize 是栈中最多能容纳的元素数量。
• void push(int x)：如果栈还未增长到 maxSize ，就将 x 添加到栈顶。
• int pop()：弹出栈顶元素，并返回栈顶的值，或栈为空时返回 -1 。
• void inc(int k, int val)：栈底的 k 个元素的值都增加 val 。如果栈中元素总数小于 k ，则栈中的所有元素都增加 val 。

 

示例：

输入：
["CustomStack","push","push","pop","push","push","push","increment","increment","pop","pop","pop","pop"]
[[3],[1],[2],[],[2],[3],[4],[5,100],[2,100],[],[],[],[]]
输出：
[null,null,null,2,null,null,null,null,null,103,202,201,-1]
解释：
CustomStack stk = new CustomStack(3); // 栈是空的 []
stk.push(1);              // 栈变为 [1]
stk.push(2);              // 栈变为 [1, 2]
stk.pop();              // 返回 2 --> 返回栈顶值 2，栈变为 [1]
stk.push(2);              // 栈变为 [1, 2]
stk.push(3);              // 栈变为 [1, 2, 3]
stk.push(4);              // 栈仍然是 [1, 2, 3]，不能添加其他元素使栈大小变为 4
stk.increment(5, 100);        // 栈变为 [101, 102, 103]
stk.increment(2, 100);        // 栈变为 [201, 202, 103]
stk.pop();              // 返回 103 --> 返回栈顶值 103，栈变为 [201, 202]
stk.pop();              // 返回 202 --> 返回栈顶值 202，栈变为 [201]
stk.pop();              // 返回 201 --> 返回栈顶值 201，栈变为 []
stk.pop();              // 返回 -1 --> 栈为空，返回 -1

 

提示：

• 1 <= maxSize, x, k <= 1000
• 0 <= val <= 100
• 每种方法 increment，push 以及 pop 分别最多调用 1000 次

解法

方法一：数组模拟

我们可以用一个数组 $stk$ 来模拟栈，用一个整数 $i$ 表示下一个入栈的元素位置。另外，我们还需要一个数组 $add$ 来记录每个位置上的增量累加值。

调用 $push(x)$ 时，如果 $i \lt maxSize$，我们将 $x$ 放入 $stk[i]$ 中，并将 $i$ 加一。

调用 $pop()$ 时，如果 $i \leq 0$，说明栈为空，返回 $-1$。否则我们将 $i$ 减一，答案为 $stk[i] + add[i]$，然后我们将 $add[i - 1]$ 加上 $add[i]$，并将 $add[i]$ 清零。最后返回答案。

调用 $increment(k, val)$ 时，如果 $i \gt 0$，我们将 $add[\min(i, k) - 1]$ 加上 $val$。

时间复杂度 $O(1)$，空间复杂度 $O(n)$。其中 $n$ 是栈的最大容量。

class CustomStack:
  def __init__(self, maxSize: int):
    self.stk = [0] * maxSize
    self.add = [0] * maxSize
    self.i = 0

  def push(self, x: int) -> None:
    if self.i < len(self.stk):
      self.stk[self.i] = x
      self.i += 1

  def pop(self) -> int:
    if self.i <= 0:
      return -1
    self.i -= 1
    ans = self.stk[self.i] + self.add[self.i]
    if self.i > 0:
      self.add[self.i - 1] += self.add[self.i]
    self.add[self.i] = 0
    return ans

  def increment(self, k: int, val: int) -> None:
    i = min(k, self.i) - 1
    if i >= 0:
      self.add[i] += val


# Your CustomStack object will be instantiated and called as such:
# obj = CustomStack(maxSize)
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()
# obj.increment(k,val)

class CustomStack {
  private int[] stk;
  private int[] add;
  private int i;

  public CustomStack(int maxSize) {
    stk = new int[maxSize];
    add = new int[maxSize];
  }

  public void push(int x) {
    if (i < stk.length) {
      stk[i++] = x;
    }
  }

  public int pop() {
    if (i <= 0) {
      return -1;
    }
    int ans = stk[--i] + add[i];
    if (i > 0) {
      add[i - 1] += add[i];
    }
    add[i] = 0;
    return ans;
  }

  public void increment(int k, int val) {
    if (i > 0) {
      add[Math.min(i, k) - 1] += val;
    }
  }
}

/**
 * Your CustomStack object will be instantiated and called as such:
 * CustomStack obj = new CustomStack(maxSize);
 * obj.push(x);
 * int param_2 = obj.pop();
 * obj.increment(k,val);
 */

class CustomStack {
public:
  CustomStack(int maxSize) {
    stk.resize(maxSize);
    add.resize(maxSize);
    i = 0;
  }

  void push(int x) {
    if (i < stk.size()) {
      stk[i++] = x;
    }
  }

  int pop() {
    if (i <= 0) {
      return -1;
    }
    int ans = stk[--i] + add[i];
    if (i > 0) {
      add[i - 1] += add[i];
    }
    add[i] = 0;
    return ans;
  }

  void increment(int k, int val) {
    if (i > 0) {
      add[min(k, i) - 1] += val;
    }
  }

private:
  vector<int> stk;
  vector<int> add;
  int i;
};

/**
 * Your CustomStack object will be instantiated and called as such:
 * CustomStack* obj = new CustomStack(maxSize);
 * obj->push(x);
 * int param_2 = obj->pop();
 * obj->increment(k,val);
 */

type CustomStack struct {
  stk []int
  add []int
  i   int
}

func Constructor(maxSize int) CustomStack {
  return CustomStack{make([]int, maxSize), make([]int, maxSize), 0}
}

func (this *CustomStack) Push(x int) {
  if this.i < len(this.stk) {
    this.stk[this.i] = x
    this.i++
  }
}

func (this *CustomStack) Pop() int {
  if this.i <= 0 {
    return -1
  }
  this.i--
  ans := this.stk[this.i] + this.add[this.i]
  if this.i > 0 {
    this.add[this.i-1] += this.add[this.i]
  }
  this.add[this.i] = 0
  return ans
}

func (this *CustomStack) Increment(k int, val int) {
  if this.i > 0 {
    this.add[min(k, this.i)-1] += val
  }
}

/**
 * Your CustomStack object will be instantiated and called as such:
 * obj := Constructor(maxSize);
 * obj.Push(x);
 * param_2 := obj.Pop();
 * obj.Increment(k,val);
 */

class CustomStack {
  private stk: number[];
  private add: number[];
  private i: number;

  constructor(maxSize: number) {
    this.stk = Array(maxSize).fill(0);
    this.add = Array(maxSize).fill(0);
    this.i = 0;
  }

  push(x: number): void {
    if (this.i < this.stk.length) {
      this.stk[this.i++] = x;
    }
  }

  pop(): number {
    if (this.i <= 0) {
      return -1;
    }
    const ans = this.stk[--this.i] + this.add[this.i];
    if (this.i > 0) {
      this.add[this.i - 1] += this.add[this.i];
    }
    this.add[this.i] = 0;
    return ans;
  }

  increment(k: number, val: number): void {
    if (this.i > 0) {
      this.add[Math.min(this.i, k) - 1] += val;
    }
  }
}

/**
 * Your CustomStack object will be instantiated and called as such:
 * var obj = new CustomStack(maxSize)
 * obj.push(x)
 * var param_2 = obj.pop()
 * obj.increment(k,val)
 */