化栈为队巧妙方案，面试题03.04尽在掌握

2023-10-04 11:40:04

在编程面试中破解“03.04：化栈为队”的巧妙策略

在编程面试的备战过程中，LeetCode 题库是一个必不可少的练习资源。其中，“03.04：化栈为队”是一道经典的面试题，考察求职者巧妙地使用数据结构来解决实际问题的解决能力。本文将深入剖析这道题的原理，并提供详细的代码实现，帮助你轻松掌握这一解题思路，为面试做好充分准备。

化栈为队的原理

栈是一种遵循后进先出（LIFO）原则的数据结构，而队列则遵循先进先出（FIFO）原则。乍一看，栈和队列似乎截然不同，但通过巧妙地使用两个栈，我们可以模拟出队列的行为。

化栈为队的关键在于利用两个栈：s1 和 s2。入队操作被模拟为向 s2 栈压入元素。而当执行出队操作时，我们会将 s2 栈中的元素依次出栈，并按顺序入栈到 s1 栈中。最后，我们从 s1 栈中出栈元素，这就实现了队列的先进先出原则。

代码实现

class Queue {
    private Stack<Integer> s1;
    private Stack<Integer> s2;

    public Queue() {
        s1 = new Stack<>();
        s2 = new Stack<>();
    }

    public void enQueue(int val) {
        s2.push(val);
    }

    public int deQueue() {
        if (s1.isEmpty()) {
            while (!s2.isEmpty()) {
                s1.push(s2.pop());
            }
        }
        return s1.pop();
    }

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

    public boolean isEmpty() {
        return s1.isEmpty() && s2.isEmpty();
    }
}

复杂度分析

时间复杂度：
- 入队操作：O(1)
- 出队操作：O(n)，最坏情况下需要将 s2 栈中的所有元素移动到 s1 栈中
- 查看队首元素操作：O(1)
- 判断队列是否为空操作：O(1)
空间复杂度：O(n)，需要两个栈来存储元素

常见问题解答

为什么使用两个栈，而不是直接使用队列？
使用两个栈比使用一个队列更有效，因为出队操作的时间复杂度为 O(n)。
入队和出队的操作如何保持先进先出（FIFO）？
入队操作将元素压入 s2 栈，出队操作将 s2 栈中的元素移动到 s1 栈，最后从 s1 栈中出栈元素，这就保证了元素的先进先出。
如果 s1 栈不为空，出队操作时是否还需要将 s2 栈中的元素移动到 s1 栈中？
不需要，因为 s1 栈中的元素已经按照先进先出的顺序排列。
队列的大小是否有限制？
没有限制，队列的大小取决于两个栈的大小。
如何使用 Queue 类？
创建 Queue 类的实例，然后使用 enQueue()、deQueue()、peek() 和 isEmpty() 方法进行操作。