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LeetCode 剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列 | Python

标签：

Python 算法

剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列

题目来源：力扣（LeetCode）https://leetcode-cn.com/problems/yong-liang-ge-zhan-shi-xian-dui-lie-lcof

题目

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]

提示：

1 <= values <= 10000
最多会对 appendTail、deleteHead 进行 10000 次调用

解题思路

思路：栈

题目要求我们使用栈来实现队列，那么开始之前，先大致说下栈和队列，栈的特性是先进后出，而队列是先进先出。

那么要实现队列，这里需要所需的两个栈，其中一个栈（stack1）支持插入操作，而另外一个栈（stack2）支持删除操作。

根据栈先进后出的特性，往 stack1 栈中插入元素，这里最底部的元素相当于队列首元素，但是栈无法直接删除栈底元素。所以引入 stack2 栈，借助 stack2 实现倒序，那么 stack1 原本处于栈底的元素则成为 stack2 的栈顶元素。具体的思路如下：

初始化变量 stack1 和 stack2，stack1 支持插入操作，stack2 支持删除操作。
插入元素函数实现：
- 将元素插入 stack1 栈中
删除元素函数实现，这里分为以下几种情况：
- 当 stack1 存在元素（不为空），但是 stack2 为空时，将 stack1 的元素放入 stack2 中，实现倒序。返回 stack2 栈顶元素。
- 当 stack2 不为空的情况下，那么直接返回 stack2 的栈顶元素即可。
- 当 stack1 和 stack2 都为空的情况下，返回 -1

以示例 2 为例：

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

关于方法实现的图解如下:

具体的代码实现如下。

代码实现

class CQueue:

    def __init__(self):
        """初始化 stack1 和 stack2 两个栈
        """
        self.stack1 = []
        self.stack2 = []

    def appendTail(self, value: int) -> None:
        """插入元素
        """
        # 将元素插入 stack1 栈中
        self.stack1.append(value)

    def deleteHead(self) -> int:
        """删除元素
        """
        # 这里分情况处理
        # stack2 为空，但是 stack1 不为空，
        # 将 stack1 的元素转移到 stack2 中
        if not self.stack2:
            while self.stack1:
                self.stack2.append(self.stack1.pop())
        # stack2 存在元素，直接返回栈顶元素
        if self.stack2:
            del_ele = self.stack2.pop()
            return del_ele
        # stack1 和 stack2 都为空的情况下，返回 -1
        return -1

# Your CQueue object will be instantiated and called as such:
# obj = CQueue()
# obj.appendTail(value)
# param_2 = obj.deleteHead()

实现结果

总结

题目要求使用两个栈辅助实现队列，因为根据栈先进后出的特性，单独一个栈，栈底元素就相当于队列首元素（而队列的特性是先进先出），而栈无法直接删除栈底元素，所以需要引入第二个栈。
具体的设计思路：
- 维护两个栈 stack1 和 stack2，初始化为空；
- stack1 支持插入操作，而 stack2 支持删除操作。
- 插入函数的实现：
  - 直接将元素插入 stack1 中；
- 删除函数实现，分为以下情况：
  - 当 stack2 为空，而 stack1 存在元素时，将 stack1 的元素转移到 stack2 中。此时 stack2 的栈顶元素就相当于 stack1 的栈底元素（也就是队列首元素）
  - 当 stack2 不为空的时候，直接返回栈顶元素；
  - 当 stack1 和 stack2 都为空时，直接返回 -1。