0232. 用栈实现队列

• 标签：栈、设计、队列
• 难度：简单

题目大意

要求：仅使用两个栈实现先入先出队列。

要求实现 MyQueue 类：

• void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾。
• int pop() 从队列的开头移除并返回元素。
• int peek() 返回队列开头的元素。
• boolean empty() 如果队列为空，返回 True；否则，返回 False。

说明：

• 只能使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek / pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
• 可以使用 list 或者 deque（双端队列）来模拟一个栈，只要是标准的栈操作即可。
• $1 <= x <= 9$。
• 最多调用 $100$ 次 push、pop、peek 和 empty。
• 假设所有操作都是有效的 （例如，一个空的队列不会调用 pop 或者 peek 操作）。
• 进阶：实现每个操作均摊时间复杂度为 O(1) 的队列。换句话说，执行 n 个操作的总时间复杂度为 O(n)，即使其中一个操作可能花费较长时间。

示例：

• 示例 1：

输入：
["MyQueue", "push", "push", "peek", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 1, 1, false]

解释：
MyQueue myQueue = new MyQueue();
myQueue.push(1); // queue is: [1]
myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)
myQueue.peek(); // return 1
myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]
myQueue.empty(); // return false

解题思路

思路 1：双栈

使用两个栈，inStack 用于输入，outStack 用于输出。

• push 操作：将元素压入 inStack 中。
• pop 操作：如果 outStack 输出栈为空，将 inStack 输入栈元素依次取出，按顺序压入 outStack 栈。这样 outStack 栈的元素顺序和之前 inStack 元素顺序相反，outStack 顶层元素就是要取出的队头元素，将其移出，并返回该元素。如果 outStack 输出栈不为空，则直接取出顶层元素。
• peek 操作：和 pop 操作类似，只不过最后一步不需要取出顶层元素，直接将其返回即可。
• empty 操作：如果 inStack 和 outStack 都为空，则队列为空，否则队列不为空。

思路 1：代码

class MyQueue:

    def __init__(self):
        self.inStack = []
        self.outStack = []
        """
        Initialize your data structure here.
        """


    def push(self, x: int) -> None:
        self.inStack.append(x)
        """
        Push element x to the back of queue.
        """


    def pop(self) -> int:
        if(len(self.outStack) == 0):
            while(len(self.inStack) != 0):
                self.outStack.append(self.inStack[-1])
                self.inStack.pop()
        top = self.outStack[-1]
        self.outStack.pop()
        return top
        """
        Removes the element from in front of queue and returns that element.
        """


    def peek(self) -> int:
        if (len(self.outStack) == 0):
            while (len(self.inStack) != 0):
                self.outStack.append(self.inStack[-1])
                self.inStack.pop()
        top = self.outStack[-1]
        return top
        """
        Get the front element.
        """


    def empty(self) -> bool:
        return len(self.outStack) == 0 and len(self.inStack) == 0
        """
        Returns whether the queue is empty.
        """

思路 1：复杂度分析

• 时间复杂度：push 和 empty 为 $O(1)$，pop 和 peek 为均摊 $O(1)$。
• 空间复杂度：$O(n)$。