队列的典型题：栈实现队列、双端队列，栈实现队列、双端队列思路及代码演示

栈和队列：灵活的数据结构的有趣组合

在计算机科学的世界中，数据结构是用来组织和存储数据的基本构建块。其中最基本的数据结构之一就是栈和队列。

栈：后进先出

想象一下一个弹簧床垫。当您向床垫添加更多物品时，它们会压在已经在那里的物品上。当您取回物品时，您会从顶部取回最近添加的物品。这就是栈的工作原理。最后一个进入栈的元素是第一个出来的元素，这被称为后进先出（LIFO）。

队列：先进先出

另一方面，队列就像排队等候的队列。当人们加入队列时，他们会在队伍的后面排队。当人们离开队列时，他们会从队伍的前面离开。这就是队列的工作原理。第一个进入队列的元素是第一个出来的元素，这被称为先进先出（FIFO）。

使用栈实现队列

有时，您可能需要使用栈来实现队列。我们可以使用两个栈来做到这一点。一个栈用作输入栈，另一个栈用作输出栈。当您向队列添加元素时，您将其压入输入栈。当您从队列中删除元素时，您从输出栈中弹出元素。如果输出栈为空，您将输入栈中的所有元素弹出并压入输出栈。

class Queue:
    def __init__(self):
        self.input_stack = []
        self.output_stack = []

    def enqueue(self, item):
        self.input_stack.append(item)

    def dequeue(self):
        if not self.output_stack:
            while self.input_stack:
                self.output_stack.append(self.input_stack.pop())

        return self.output_stack.pop()

    def is_empty(self):
        return not self.input_stack and not self.output_stack

使用栈实现双端队列

双端队列（又称 deque）是一种可以在两端添加和删除元素的数据结构。我们可以使用两个栈来实现双端队列。一个栈用作左端栈，另一个栈用作右端栈。当您向双端队列的左侧添加元素时，您将其压入左端栈。当您向双端队列的右侧添加元素时，您将其压入右端栈。当您从双端队列的左侧删除元素时，您从左端栈中弹出元素。当您从双端队列的右侧删除元素时，您从右端栈中弹出元素。

class Deque:
    def __init__(self):
        self.left_stack = []
        self.right_stack = []

    def append_left(self, item):
        self.left_stack.append(item)

    def append_right(self, item):
        self.right_stack.append(item)

    def pop_left(self):
        if not self.left_stack:
            while self.right_stack:
                self.left_stack.append(self.right_stack.pop())

        return self.left_stack.pop()

    def pop_right(self):
        if not self.right_stack:
            while self.left_stack:
                self.right_stack.append(self.left_stack.pop())

        return self.right_stack.pop()

    def is_empty(self):
        return not self.left_stack and not self.right_stack

结论

栈和队列是计算机科学中必不可少的数据结构。它们具有不同的特性，使其适合不同的应用程序。有时，我们可能需要使用栈来实现队列或双端队列。使用两个栈，我们可以创建具有与原始数据结构相同行为的灵活数据结构。

常见问题解答

• 为什么要使用栈来实现队列或双端队列？
  • 在某些情况下，使用栈来实现这些数据结构可能更方便或更高效。例如，如果您已经有一个栈库，并且不想引入额外的依赖项，则使用栈来实现队列或双端队列可能是更有意义的。
• 栈实现的队列或双端队列与原始数据结构有什么区别？
  • 栈实现的队列或双端队列的行为与原始数据结构相同。然而，它们可能具有不同的时间复杂度或空间复杂度。
• 什么时候应该使用栈实现的队列或双端队列？
  • 当您已经拥有一个栈库并且不想引入额外的依赖项时，或者当您需要使用队列或双端队列的特定特性时，就可以使用栈实现的队列或双端队列。
• 栈实现的队列或双端队列有哪些优势？
  • 栈实现的队列或双端队列的一个优势是，它们易于实现。您只需使用两个栈即可实现它们，而无需引入额外的复杂性。
• 栈实现的队列或双端队列有哪些缺点？
  • 栈实现的队列或双端队列的一个缺点是，它们的某些操作可能比原始数据结构慢。例如，从栈实现的队列中删除元素可能需要 O(n) 时间，而从原始队列中删除元素需要 O(1) 时间。