• 算法导论:用2个栈实现一个队列,用2个队列实现一个栈


    用2个栈实现一个队列:

    转的一篇文章:

    大多数人的思路是:始终维护s1作为存储空间,以s2作为临时缓冲区。

    入队时,将元素压入s1

    出队时,将s1的元素逐个“倒入”(弹出并压入)s2,将s2的顶元素弹出作为出队元素,之后再将s2剩下的元素逐个“倒回”s1

    见下面示意图:

    上述思路,可行性毋庸置疑。但有一个细节是可以优化一下的。即:在出队时,将s1的元素逐个“倒入”s2时,原在s1栈底的元素,不用“倒入”s2(即只“倒”s1.Count()-1个),可直接弹出作为出队元素返回。这样可以减少一次压栈的操作。约有一半人,经提示后能意识到此问题。

    上述思路,有些变种,如:

    入队时,先判断s1是否为空,如不为空,说明所有元素都在s1,此时将入队元素直接压入s1;如为空,要将s2的元素逐个“倒回”s1,再压入入队元素。

    出队时,先判断s2是否为空,如不为空,直接弹出s2的顶元素并出队;如为空,将s1的元素逐个“倒入”s2,把最后一个元素弹出并出队。

    有些人能同时想到大众方法和变种,应该说头脑还是比较灵光的。

     

    相对于第一种方法,变种的s2好像比较“懒”,每次出队后,并不将元素“倒回”s1,如果赶上下次还是出队操作,效率会高一些,但下次如果是入队操作,效率不如第一种方法。我有时会让面试者分析比较不同方法的性能。我感觉(没做深入研究),入队、出队操作随机分布时,上述两种方法总体上时间复杂度和空间复杂度应该相差无几(无非多个少个判断)。

     

    真正性能较高的,其实是另一个变种。即:

    入队时,将元素压入s1

    出队时,判断s2是否为空,如不为空,则直接弹出顶元素;如为空,则将s1的元素逐个“倒入”s2,把最后一个元素弹出并出队。

    这个思路,避免了反复“倒”栈,仅在需要时才“倒”一次。但在实际面试中很少有人说出,可能是时间较少的缘故吧。

     

    以上几个思路乍看没什么问题了,但其实还是有个细节要考虑的。其实无论什么方法和情况,都要考虑没有元素可供出队时的处理(2个栈都为空的时候,出队操作一定会引起异常)。在实际写代码时,忽略这些判断或异常处理,程序会出现问题。所以,能不能考虑到这些细节,也体现了个人的素养。

     

    个人感觉,这道题确实有助于我鉴别应聘的人。但对于面试,毕竟还是要看面试者的综合素质,一道(或几道)题定生死不可取。 

    #include<iostream>
    #include<stack>
    #include<queue>
    using namespace std;
    #define MAX 100
    template<class T>
    class Stack
    {
    private:
        T data[MAX];
        int top;//有些书top指向的是栈顶,有些书是栈顶元素+1,这里是栈顶+1
    public:
        Stack(){top=0;}
        bool empty(){ return top==0;}
        int size() { return top; }
        void push(T x) { data[top++]=x;}
        T  pop()       { int tmp=data[--top]; data[top]=0;return tmp;}
    };
    
    
    template<class T>
    class Queue
    {
    private:
        Stack<T> s1;//可以使用的stack操作有push,pop和stack的元素个数
        Stack<T> s2;
    
    public:
        void put(T x)
        {
            s1.push(x);
        }
    
        T get()
        {
            if(s2.size()!=0)
            {
                return s2.pop();
            }
            else
            {
                int size=s1.size();
                for(int i=1;i<=size-1;i++)
                {
                    s2.push(s1.pop());
                }
                return s1.pop();
            }
        }
    
    };
    
    int main()
    {
        Stack<int> s;
        s.push(1);
        s.push(2);
        cout<<s.pop()<<endl;
    
        Queue<int> q;
        for(int i=0;i<5;i++)
            q.put(i);
        for(int i=0;i<4;i++)
            cout<<q.get()<<ends;
        cout<<endl;
        q.put(10);
        cout<<q.get()<<endl;
        cout<<q.get();
    }

    输出:

    2

    0 1 2 3

    4

    10

    遇到的一个很奇怪的问题是:

    cout<<q.get()<<“     ”<<q.get()<<endl;

    输出10 4

    为什么

    是因为cout

    cout的输出顺序有如下规律:

    计算顺序:自右至左

    输出顺序:自左至右、

    写成:

    cout<<q.get()<<“     ”<<q.get()<<endl;

    先计算右边:q.get()为4,然后左边q.get() 10,输出10,4导致错误。

    2个队列实现栈;

    新元素入栈时,若两个队列都为空,向任意一个队列队尾插入元素,否则向其中一个非空队列插入元素。栈弹出元素时,将非空队列的元素依次删除,  插入另一个空队列,只留下队尾元素(此即栈顶元素),弹出栈顶即从队列中删除此元素。 
       队列的特点:FIFO(First In First Out)
                           仅能从队头删除元素,从队尾插入元素。
                           最基本的接口包括enque()——从队尾插入元素, deque()——从队头删除元素
     
     
    1.用两个栈实现队列
    思路:
               新入队列的元素压入stack1中,当元素出队列时,若stack2为空,则将stack1的全部元素依次弹出,压入stack2中,这样stack2的栈顶元素即为队头元素。
    [cpp]  
    template<typename T>  
    class MyQueue  
    {  
    public:  
        T front();  
        T back();  
        void enque(const T& ele);  
        void deque();  
      
    private:  
        void move(std::stack<T>& from, std::stack<T>& to);  
      
    private:  
        std::stack<T> stack1;  
        std::stack<T> stack2;  
    };  
      
    template<typename T>  
    void MyQueue<T>::move(std::stack<T>& from, std::stack<T>& to)  
    {  
        if (to.empty()) {  
            while (!from.empty()) {  
                to.push(from.top());  
                from.pop();  
            }     
        }  
    }  
      
    template<typename T>  
    T MyQueue<T>::front()  
    {  
        T ele;  
        move(stack1, stack2);  
        if (!stack2.empty()) {  
            ele = stack2.top();       
        }  
        return ele;  
    }  
      
    template<typename T>  
    T MyQueue<T>::back()  
    {  
        T ele;  
        move(stack2, stack1);  
      
        if (!stack1.empty()) {  
            ele = stack1.top();  
        }     
      
        return ele;  
    }  
      
    template<typename T>  
    void MyQueue<T>::enque(const T& ele)  
    {  
        stack1.push(ele);  
    }  
      
    template<typename T>  
    void MyQueue<T>::deque()  
    {  
        move(stack1, stack2);  
      
        if (!stack2.empty()) {  
            stack2.pop();  
        }  
    }  
     
    2.用两个队列实现栈
    思路:
               新元素入栈时,若两个队列都为空,向任意一个队列队尾插入元素,否则向其中一个非空队列插入元素。栈弹出元素时,将非空队列的元素依次删除,
               插入另一个空队列,只留下队尾元素(此即栈顶元素),弹出栈顶即从队列中删除此元素。

    CLRS 10.1-7 :
    说明如何用两个队列来实现一个栈,并分析有关栈操作的运行时间。

    
    

    解法:
    1.有两个队列q1和q2,先往q1内插入a,b,c,这做的都是栈的push操作。
    2.现在要做pop操作,即要得到c,这时可以将q1中的a,b两个元素全部dequeue并存入q2中,这时q2中元素为a,b,对q1再做一次dequeue操作即可得到c。
    3.如果继续做push操作,比如插入d,f,则把d,f插入到q2中,
    4.此时若要做pop操作,则做步骤2
    5.以此类推,就实现了用两个队列来实现一个栈的目的。

    
    

    注意在此过程中,新push进来的元素总是插入到非空队列中,空队列则用来保存pop操作之后的那些元素,那么此时空队列不为空了,原来的非空队列变为空了,总是这样循环。

    
    

    对于push和pop操作,其时间为O(n).

    
    [cpp] 
    template<typename T>  
    class MyStack  
    {  
    public:  
        T top();  
        void push(const T& ele);  
        void pop();  
      
    private:  
        std::queue<T> queue1;  
        std::queue<T> queue2;  
    };  
      
    template<typename T>  
    T MyStack<T>::top()  
    {  
        T ele;  
        if (queue1.empty() && !queue2.empty()) {  
            ele = queue2.back();  
        }  
        else if (!queue1.empty() && queue2.empty()) {  
            ele = queue1.back();  
        }  
      
        return ele;  
    }  
      
    template<typename T>  
    void MyStack<T>::push(const T& ele)  
    {  
        if (queue1.empty())  
        {  
            queue2.push(ele);  
        }  
        else if (queue2.empty())  
        {  
            queue1.push(ele);  
        }     
    }  
      
    template<typename T>  
    void MyStack<T>::pop()  
    {  
        if (queue1.empty())  
        {  
            while(queue2.size() > 1)  
            {  
                queue1.push(queue2.front());  
                queue2.pop();  
            }  
      
            if (!queue2.empty())  
            {  
                queue2.pop();  
            }  
        }  
        else if (queue2.empty())  
        {  www.2cto.com
            while(queue1.size() > 1)  
            {  
                queue2.push(queue1.front());  
                queue1.pop();  
            }  
              
            if (!queue1.empty())  
            {  
                queue1.pop();  
            }  
        }  
    }  

    转】用两个队列来实现一个栈--算法导论10.1-7

    用一个队列就可以实现栈的基本操作

    s.push(x)操作,直接将该元素压入队列即可,花费时间O(1),

    pop()操作,将q中前面n-1个元素都删除并压入队尾,让第n的元素在队首,删除即可,花费时间O(n)。

    int t = (q.GetTail()-1+q.GetSize())%q.GetSize();

    while( q.GetHead()!=t)
    {
    q.EnQueue(q.DeQueue()) ;
    }


    return q.DeQueue() ;

    如果用两个队列应该对减少pop()操作的复杂度,但是还没想出具体方法,发在这里和大家讨论吧。

    可能题目本意是不允许调用:GetTail(),GetSize()的,这样

    只能: 

    int x ;  // 栈顶元素
    
    int num = 0 ;  // 统计队列中原有元素的数量
    
    while(!q1.IsEmpty())
    
    {
    
        x = q1.DeQueue() ;
    
       num++ ;
    
       q2.EnQueue(x) ;
    
    }
    
    while( num > 0)
    
    {
    
         q1.EnQueue(q2.DeQueue()) ;  //  将q2中前n-1个元素传给q1
    
    }
    
    return x ;
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