LeetCode 225：用佇列實現棧 Implement Stack using Queues

阿新 • • 發佈：2019-12-31

題目：

使用佇列實現棧的下列操作：

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

Implement the following operations of a stack using queues.

push(x) -- Push element x onto stack.
pop() -- Removes the element on top of the stack.
top() -- Get the top element.
empty() -- Return whether the stack is empty.

示例:

MyStack stack = new MyStack();

stack.push(1);
stack.push(2);  
stack.top();   // 返回 2
stack.pop();   // 返回 2
stack.empty(); // 返回 false
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注意:

你只能使用佇列的基本操作-- 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援佇列。你可以使用 list 或者 deque（雙端佇列）來模擬一個佇列,只要是標準的佇列操作即可。
你可以假設所有操作都是有效的（例如,對一個空的棧不會呼叫 pop 或者 top 操作）

Notes:

You must use only standard operations of a queue -- which means only push to back,and is empty operations are valid.
Depending on your language,queue may not be supported natively. You may simulate a queue by using a list or deque (double-ended queue),as long as you use only standard operations of a queue.

You may assume that all operations are valid (for example,no pop or top operations will be called on an empty stack).

解題思路：

方法一（兩個佇列）：

佇列先進後出，棧後進先出。用佇列實現棧，可以用兩個佇列完成題解：

出入棧：

入棧時用 queue1 來存入節點；出棧時queue1 內節點順序出佇列併入佇列到 queue2，直到queue1剩最後一個元素時即為棧頂元素，彈出即可；

取棧頂元素：

用一個 top 指標一直指向棧頂元素，top() 方法查詢棧頂元素時直接返回 top 指標即可。

方法二（一個佇列）：

只用一個佇列，只需要在入棧時反轉佇列即可：

入棧存入到佇列queue

節點1入棧：queue：1
反轉佇列0次：queue：1

節點2入棧queue：1->2
反轉佇列1次：
queue：1->2 --> queue：2->1

節點2入棧queue：2->1->3
反轉佇列2次：
queue：2->1->3 ---> queue：1->3->2 ---> queue：3->2->1

......
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這樣不管什麼時候出隊順序都是按照出棧的順序。

Java：

方法一

class MyStack {
    Queue<Integer> queue1;
    Queue<Integer> queue2;
    private int top;//指向棧頂元素

    public MyStack() {
        queue1 = new LinkedList<>();
        queue2 = new LinkedList<>();
    }

    public void push(int x) {
        queue1.offer(x);
        top = x;//新加入元素為棧頂元素
    }

    public int pop() {
        while (queue1.size() > 1) {//條件為佇列1的元素個數大於一
            top = queue1.poll();//用top暫存元素，當迴圈結束時，top剛好是棧頂元素
            queue2.add(top);
        }
        //佇列1與佇列2交換
        Queue<Integer> tmp = queue2;
        queue2 = queue1;
        queue1 = tmp;
        return queue2.poll();//返回佇列2的佇列頭元素，佇列2也只有一個元素
    }

    public int top() {
        return top;
    }

    public boolean empty() {
        return queue1.isEmpty();//佇列1決定了棧是否為空
    }
}
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方法二：

每次入隊時反轉佇列即可，只有入棧需要特殊操作，出棧、取棧頂元素、是否空都按照佇列正常出佇列、取佇列頭元素、是否空方法操作。下面是入棧時程式碼：

Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();

public void push(int x) {
    queue.add(x);
    int sz = queue.size();//獲得佇列長度
    while (sz > 1) {//反轉次數為佇列長度減一
        queue.add(queue.remove());//反轉
        sz--;
    }
}
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Python：

Python語言沒有棧和佇列資料結構，只能用陣列 List 或雙端佇列 deque 實現。

這類程式語言就壓根不需要用佇列實現棧或用棧實現佇列這種問題，因為棧和佇列本身就必須藉助List、deque實現。

所以這道題在這種語言中這就非常簡單了，可以說是作弊。

class MyStack:

    def __init__(self):
        self.stack = []

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

    def pop(self) -> int:
        return self.stack.pop(-1)

    def top(self) -> int:
        return self.stack[-1]

    def empty(self) -> bool:
        return not self.stack
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