栈和队列的相互实现：揭秘数据结构的相互转换之道

2023-11-20 20:51:04

在计算机科学中，栈和队列是两种最基本的数据结构，它们在各种应用中发挥着至关重要的作用。栈遵循后进先出 (LIFO) 原则，而队列遵循先进先出 (FIFO) 原则。尽管它们的性质截然不同，但它们之间却有着意想不到的联系——它们可以相互实现。

用栈实现队列

乍看之下，用栈实现队列似乎违背直觉，因为栈是一种后进先出的数据结构，而队列是一种先进先出的数据结构。然而，通过巧妙地利用两个栈，我们可以构造一个队列。

我们使用两个栈，一个称为“输入栈”，另一个称为“输出栈”。要将元素添加到队列中，我们只需将其推入输入栈即可。当我们需要从队列中删除元素时，我们从输出栈中弹出。但是，如果输出栈为空，我们必须将输入栈中的所有元素弹出并推入输出栈中，然后才能从输出栈中弹出。

这种实现方式保证了先进先出的顺序，因为较早推入输入栈的元素将首先被弹出输出栈。

class QueueWithStacks:
    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()

用队列实现栈

与用栈实现队列相反，用队列实现栈似乎更加直观，因为队列本身就遵循先进先出的原则。

我们可以使用一个队列来实现一个栈。要将元素压入栈中，我们只需将元素添加到队列的末尾即可。当我们需要从栈中弹出元素时，我们只需从队列的头部移除元素即可。

这种实现方式保证了后进先出的顺序，因为较晚添加到队列的元素将首先被移除。

class StackWithQueue:
    def __init__(self):
        self.queue = []

    def push(self, item):
        self.queue.append(item)

    def pop(self):
        for _ in range(len(self.queue) - 1):
            self.queue.append(self.queue.pop(0))
        return self.queue.pop(0)