解题思路:
栈实现队列的出队操作效率低下:栈底元素(对应队首元素)无法直接删除,需要将上方所有元素出栈。
列表倒序操作可使用双栈实现:设有含三个元素的栈 A = [1,2,3]
和空栈 B = []
。若循环执行 A
元素出栈并添加入栈 B
,直到栈 A
为空,则 A = []
, B = [3,2,1]
,即栈 B
元素为栈 A
元素倒序。
利用栈 B
删除队首元素:倒序后,B
执行出栈则相当于删除了 A
的栈底元素,即对应队首元素。
题目要求实现 加入队尾appendTail()
和 删除队首deleteHead()
两个函数的正常工作。因此,可以设计栈 A
用于加入队尾操作,栈 B
用于将元素倒序,从而实现删除队首元素。
函数设计:
- 加入队尾
appendTail()
: 将数字val
加入栈A
即可。 - 删除队首
deleteHead()
: 有以下三种情况。- 当栈
B
不为空:B
中仍有已完成倒序的元素,因此直接返回B
的栈顶元素。 - 否则,当
A
为空: 即两个栈都为空,无元素,因此返回 -1 。 - 否则: 将栈
A
元素全部转移至栈B
中,实现元素倒序,并返回栈B
的栈顶元素。
- 当栈
<,,,,,,,>
复杂度分析:
以下分析仅满足添加 $N$ 个元素并删除 $N$ 个元素,即栈初始和结束状态下都为空的情况。
- 时间复杂度:
appendTail()
函数为 $O(1)$ ;deleteHead()
函数在 $N$ 次队首元素删除操作中总共需完成 $N$ 个元素的倒序。 - 空间复杂度 $O(N)$ : 最差情况下,栈
A
和B
共保存 $N$ 个元素。
代码:
Python 和 Java 的栈的 pop()
函数返回栈顶元素,而 C++ 不返回;因此对于 C++ ,需要先使用 top()
方法暂存栈顶元素,再执行 pop()
出栈操作。
Python
class CQueue:
def __init__(self):
self.A, self.B = [], []
def appendTail(self, value: int) -> None:
self.A.append(value)
def deleteHead(self) -> int:
if self.B: return self.B.pop()
if not self.A: return -1
while self.A:
self.B.append(self.A.pop())
return self.B.pop()
Java
class CQueue {
LinkedList<Integer> A, B;
public CQueue() {
A = new LinkedList<Integer>();
B = new LinkedList<Integer>();
}
public void appendTail(int value) {
A.addLast(value);
}
public int deleteHead() {
if(!B.isEmpty()) return B.removeLast();
if(A.isEmpty()) return -1;
while(!A.isEmpty())
B.addLast(A.removeLast());
return B.removeLast();
}
}
C++
class CQueue {
public:
stack<int> A, B;
CQueue() {}
void appendTail(int value) {
A.push(value);
}
int deleteHead() {
if(!B.empty()) {
int tmp = B.top();
B.pop();
return tmp;
}
if(A.empty()) return -1;
while(!A.empty()) {
int tmp = A.top();
A.pop();
B.push(tmp);
}
int tmp = B.top();
B.pop();
return tmp;
}
};