栈和队列问题:设计一个有 getMin 功能的栈

泪湿孤枕 提交于 2021-02-18 17:55:01

知识点

  栈是一个先进后出(FILO-First In Last Out)的数据结构,队列是一种先进先出(FIFO-First In First Out)的数据结构。

题目

  实现一个特殊的栈,在实现栈的基本功能的基础上,再实现返回栈中最小元素的操作。

要求

  1. pop、push、getMin 操作的时间复杂度都是 O(1)。
  2. 设计的栈类型可以使用现成的栈结构。

难度

  一星

解答

  在设计上我们使用两个栈,一个栈用来保存当前栈中的元素,其功能和一个正常的栈没有区别,这个栈记为 stackData;另一个栈用于保存每一步的最小值,这个栈记 stackMin.

  • 压入数据规则(push)

  假设当前数据为 newNum, 先将其压入 stackData。然后判断 stackMin 是否为空:

  1). 如果为空, 则 newNum 也压入 stackMin。

  2). 如果不为空,则比较 newNum 和 stackMin 的栈顶元素哪一个更小:如果 newNum 更小或两者相等,则 newNum 也压入 stackMin; 如果 stackMin 的栈顶元素更小,则 stackMin 不压入任何内容。这样处理的结果,则是 stackMin 的栈顶元素一定为 stackMin 中的最小值。

  • 弹出数据规则(pop)

  先在 stackData 中弹出栈顶元素,记为 value。然后比较当前 stackMin 的栈顶元素和 value, 从上面压入数据规则知道,stackMin 的栈顶元素一定为 stackMin 中的最小值,所以value 一定大于等于 stackMin 栈顶元素。当 value 等于 stackMin 的栈顶元素时,stackMin 弹出栈顶元素;当 value  大于 stackMin 的栈顶元素, stackMin 不弹出任何元素。结果返回 value。

  • 查询当前栈中的最小值(getMin)

  根据上述压入规则可知,该结果应该返回 stackMin 的栈顶元素.

  具体实现见如下代码:

 1 import java.util.Stack;
 2 
 3 public class MyStack {
 4     
 5     private Stack<Integer> stackData;
 6     private Stack<Integer> stackMin;
 7     
 8     //压入数据
 9     public void push(int newNum){
10         stackData.push(newNum);
11         if(stackMin.isEmpty()){
12             stackMin.push(newNum);
13         }else{
14             int minValue = stackMin.peek();
15             if(newNum <= minValue){
16                 stackMin.push(newNum);
17             }
18         }
19     }
20     
21     //弹出数据
22     public int pop(){
23         if(stackData.isEmpty()){//栈为空则抛出异常
24             throw new RuntimeException("该栈不存在任何元素!");
25         }
26         
27         int value = stackData.pop();
28         int minValue = stackMin.peek();
29         if(value == minValue){
30             stackMin.pop();
31         }
32         
33         return value;
34     }
35     
36     //查询最小元素
37     public int getMin(){
38         if(stackMin.isEmpty()){//栈为空则抛出异常
39             throw new RuntimeException("该栈不存在任何元素!");
40         }
41         return stackMin.peek(); //peek 方法可以返回栈顶元素, 而不会弹出栈顶元素
42     }
43 }

 

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