回归最简，掌握最小栈：高效栈操作与极值探测

前端

2024-01-21 16:09:31

最小栈，一个看似简单的概念，却在数据结构的王国中占据着举足轻重的地位。它不仅是编程面试中的常客，更是实际开发中的利器。在前端刷题路Day82的征途中，让我们携手探索最小栈的精妙之处，领悟如何以常数时间检索最小值，并用代码将理论变为现实。

理论洞悉：揭开最小栈的奥秘面纱

最小栈的本质是一个特殊的栈，在支持常规栈操作（push和pop）的同时，还提供了一个额外功能——快速获取栈中最小值。为了实现这一目标，最小栈通常采用两种策略：

额外空间法 ：这种方法为每个元素存储两个值——元素本身和当前最小值。这样，在寻找最小值时，可以直接访问存储的最小值，而无需遍历整个栈。
辅助栈法 ：这种方法使用两个栈：一个普通栈用于存储元素，另一个辅助栈用于跟踪当前最小值。当新元素入栈时，将元素本身入栈至普通栈，并将最小值入栈至辅助栈。弹出元素时，从两个栈中同时弹出元素。

理论先行，实践为王。让我们用代码将这些理论转化为实实在在的算法。

代码实现：赋予理论生命与活力

掌握理论后，是时候让我们的代码在实践中大放异彩。在以下Python代码中，我们将分别使用额外空间法和辅助栈法实现最小栈：

class MinStack_ExtraSpace:
    def __init__(self):
        self.stack = []
        self.min_values = []

    def push(self, x):
        self.stack.append(x)
        if not self.min_values or x <= self.min_values[-1]:
            self.min_values.append(x)

    def pop(self):
        if self.stack.pop() == self.min_values[-1]:
            self.min_values.pop()

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

    def get_min(self):
        return self.min_values[-1]


class MinStack_AuxStack:
    def __init__(self):
        self.stack = []
        self.min_stack = []

    def push(self, x):
        self.stack.append(x)
        if not self.min_stack or x <= self.min_stack[-1]:
            self.min_stack.append(x)

    def pop(self):
        if self.stack.pop() == self.min_stack[-1]:
            self.min_stack.pop()

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

    def get_min(self):
        return self.min_stack[-1]