栈与队列相结合，用两个栈实现先入先出队列，助力高效解决问题

后端

2023-01-09 03:53:18

利用两个栈实现先进先出队列

在计算机科学中，队列是一种重要的数据结构，遵循先进先出（FIFO）原则。队列中的元素按照添加的顺序排列，最早添加的元素也会最早被删除。

传统的队列实现方法是使用数组或链表，但有时候需要使用栈来实现队列。栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，元素按照添加的顺序堆叠，后添加的元素位于栈顶。

使用两个栈实现队列

为了使用栈实现队列，我们需要巧妙地利用栈的 LIFO 特性。我们可以使用两个栈来实现队列：

输入栈（栈1）： 用于存储新添加的元素。
输出栈（栈2）： 用于存储准备出队的元素。

操作实现

进队（Push）操作：

当需要向队列中添加元素时，直接将元素压入栈1。

出队（Pop）操作：

如果栈2不为空，则直接弹出栈2的栈顶元素。
如果栈2为空，则将栈1中所有元素逐个弹出并压入栈2。然后，从栈2弹出栈顶元素。

查看队首元素（Peek）操作：

如果栈2不为空，则直接返回栈2的栈顶元素。
如果栈2为空，则将栈1中所有元素逐个弹出并压入栈2。然后，返回栈2的栈顶元素。

判断队列是否为空（IsEmpty）操作：

如果栈1和栈2都为空，则队列为空。否则，队列不为空。

代码示例

Python 代码示例：

class MyQueue:

    def __init__(self):
        self.stack1 = []  # 输入栈
        self.stack2 = []  # 输出栈

    def push(self, x):
        # 将元素压入输入栈
        self.stack1.append(x)

    def pop(self):
        # 如果输出栈不为空，直接弹出栈顶元素
        if self.stack2:
            return self.stack2.pop()

        # 如果输出栈为空，则将输入栈中的元素逐个弹出并压入输出栈
        while self.stack1:
            self.stack2.append(self.stack1.pop())

        # 然后弹出输出栈的栈顶元素
        return self.stack2.pop()

    def peek(self):
        # 如果输出栈不为空，直接返回栈顶元素
        if self.stack2:
            return self.stack2[-1]

        # 如果输出栈为空，则将输入栈中的元素逐个弹出并压入输出栈
        while self.stack1:
            self.stack2.append(self.stack1.pop())

        # 然后返回输出栈的栈顶元素
        return self.stack2[-1]

    def is_empty(self):
        # 如果输入栈和输出栈都为空，则队列为空
        return not self.stack1 and not self.stack2

C++ 代码示例：

class MyQueue {
private:
    stack<int> s1, s2;

public:
    MyQueue() {}

    void push(int x) {
        s1.push(x);
    }

    int pop() {
        if (s2.empty()) {
            while (!s1.empty()) {
                s2.push(s1.top());
                s1.pop();
            }
        }
        int top = s2.top();
        s2.pop();
        return top;
    }

    int peek() {
        if (s2.empty()) {
            while (!s1.empty()) {
                s2.push(s1.top());
                s1.pop();
            }
        }
        return s2.top();
    }

    bool empty() {
        return s1.empty() && s2.empty();
    }
};