LeetCode 151：用 Python 实现常数时间复杂度的最小栈

2023-10-01 22:15:05

用 Python 征服 LeetCode 151：最小栈

在计算机科学的浩瀚世界里，栈是一种至关重要的数据结构，它遵循后进先出的 (LIFO) 原则。栈的操作很简单：push（压入）、pop（弹出）和 top（获取栈顶元素）。然而，LeetCode 151 抛出了一个更有挑战性的问题：设计一个栈，不仅支持这些基本操作，还能让你在恒定时间内检索栈中的最小元素。

深入 Python 实现

为了解决这个难题，我们将采用 Python 的优雅实现。我们的代码将围绕一个名为 MinStack 的类展开，它包含两个栈：一个用于存储所有元素（stack），另一个用于跟踪当前最小元素（min_stack）。

class MinStack:
    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[-1] == self.min_stack[-1]:
            self.min_stack.pop()
        self.stack.pop()

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

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

算法详解

push(x)：

将元素 x 压入主栈 stack。
如果 min_stack 为空或 x 小于或等于 min_stack 的栈顶元素，则将 x 也压入 min_stack。

pop()：

如果栈顶元素等于 min_stack 的栈顶元素，则弹出 min_stack 的栈顶元素。
弹出 stack 的栈顶元素。

top()：

返回 stack 的栈顶元素。

getMin()：

返回 min_stack 的栈顶元素，它是当前栈中的最小元素。

时间复杂度

如你所见，所有这些操作的平均时间复杂度都是 O(1)，这意味着它们可以在恒定时间内执行。

示例：一探究竟

让我们通过一个示例来验证我们的实现：

stack = MinStack()
stack.push(-2)
stack.push(0)
stack.push(-3)
print(stack.getMin())  # 输出：-3
stack.pop()
print(stack.top())  # 输出：0
print(stack.getMin())  # 输出：-2