用两个栈实现一个队列。队列的声明如下,请实现它的两个函数 appendTail 和 deleteHead ,分别完成在队列尾部插入整数和在队列头部删除整数的功能。(若队列中没有元素,deleteHead 操作返回 -1 )

示例 1:
输入:
["CQueue","appendTail","deleteHead","deleteHead"]
[[],[3],[],[]]
输出:[null,null,3,-1]
示例 2:
输入:
["CQueue","deleteHead","appendTail","appendTail","deleteHead","deleteHead"]
[[],[],[5],[2],[],[]]
输出:[null,-1,null,null,5,2]

读懂题目:很多人一看见示例 就蒙了,看半天没看明白,这是什么东西,下面来讲一下题意

示例 1:
输入: ["CQueue","appendTail","deleteHead","deleteHead"] 这里是要执行的方法,从左到右执行

[[],[3],[],[-1]]对应上面的方法,是上面方法的参数。CQueue和deleteHead方法不需要指定数字,只有添加才需要指定数字

1.CQueue创建队列,返回值为null

2.appendTail将3压入栈,返回值为null

3.deleteHead将栈底的元素删除,也就是消息队列中先进来的元素,所以是deleteHead,返回该元素的数值,所以为3

4.deleteHead继续删除栈底的元素,但是没有元素了,所以返回-1


所以就有了下面的输出 输出:[null,null,3,-1]

示例 2:

输入: ["CQueue","deleteHead","appendTail","appendTail","deleteHead","deleteHead"]
[[],[],[5],[2],[],[]]
1.创建队列,返回值为null

2.删除栈底的元素,但是没有元素,所以返回-1

3.把5压入栈,返回null

4.把2压入栈,返回null

5.删除栈底的一个元素,也就是消息队列中先进来的元素,所以是deleteHead,就是最先进来的5,返回值为5,

6.删除栈底的一个元素,就是后进来的2,返回值为2,

所以就有了下面的输出

输出:[null,-1,null,null,5,2]

解题思路

维护两个栈,第一个栈支持插入操作,第二个栈支持删除操作。
根据栈先进后出的特性,我们每次往第一个栈里插入元素后,第一个栈的底部元素是最后插入的元素,第一个栈的顶部元素是下一个待删除的元素。为了维护队列先进先出的特性,我们引入第二个栈,用第二个栈维护待删除的元素,在执行删除操作的时候我们首先看下第二个栈是否为空。如果为空,我们将第一个栈里的元素一个个弹出插入到第二个栈里,这样第二个栈里元素的顺序就是待删除的元素的顺序,要执行删除操作的时候我们直接弹出第二个栈的元素返回即可

伪代码

成员变量
	维护两个栈 stack1 和 stack2,其中 stack1 支持插入操作,stack2 支持删除操作
构造方法
	初始化 stack1 和 stack2 为空
插入元素
	插入元素对应方法 appendTail
	stack1 直接插入元素
删除元素
	删除元素对应方法 deleteHead
	如果 stack2 为空,则将 stack1 里的所有元素弹出插入到 stack2 里
	如果 stack2 仍为空,则返回 -1,否则从 stack2 弹出一个元素并返回
class CQueue {
    Deque<Integer> stack1;
    Deque<Integer> stack2;
    
    public CQueue() {
        stack1 = new LinkedList<Integer>();
        stack2 = new LinkedList<Integer>();
    }
    
    public void appendTail(int value) {
        stack1.push(value);
    }
    
    public int deleteHead() {
        // 如果第二个栈为空
        if (stack2.isEmpty()) {
            while (!stack1.isEmpty()) {
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        } 
        if (stack2.isEmpty()) {
            return -1;
        } else {
            int deleteItem = stack2.pop();
            return deleteItem;
        }
    }
}

复杂度分析
时间复杂度:对于插入和删除操作,时间复杂度均为 O(1)。插入不多说,对于删除操作,虽然看起来是 O(n) 的时间复杂度,但是仔细考虑下每个元素只会「至多被插入和弹出 stack2 一次」,因此均摊下来每个元素被删除的时间复杂度仍为 O(1)。
空间复杂度:O(n)。需要使用两个栈存储已有的元素。

优化代码:
如果你使用Stack的方式来做这道题,会造成速度较慢; 原因的话是Stack继承了Vector接口,而Vector底层是一个Object[]数组,那么就要考虑空间扩容和移位的问题了。 可以使用LinkedList来做Stack的容器,因为LinkedList实现了Deque接口,所以Stack能做的事LinkedList都能做,其本身结构是个双向链表,扩容消耗少。 但是我的意思不是像100%代码那样直接使用一个LinkedList当做队列,那确实是快,但是不符题意。 贴上代码,这样的优化之后,效率提高了40%,超过97%。

class CQueue {
    LinkedList<Integer> stack1;
	LinkedList<Integer> stack2;
    
    public CQueue() {
        stack1 = new LinkedList<Integer>();
        stack2 = new LinkedList<Integer>();
    }
    
    public void appendTail(int value) {
        stack1.push(value);
    }
    
    public int deleteHead() {
        // 如果第二个栈为空
        if (stack2.isEmpty()) {
            while (!stack1.isEmpty()) {
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        } 
        if (stack2.isEmpty()) {
            return -1;
        } else {
            int deleteItem = stack2.pop();
            return deleteItem;
        }
    }
}