返回栈中最小元素&递归逆序栈
设计一个有getMin功能的栈
【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。
【解答】
在设计时,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,这个栈记为stackMin。具体的实现方式有两种。
第一种设计方案
(1)压入数据规则
假设当前数据为newNum,先将其压入stackData。然后判断stackMin是否为空:
— 如果为空,则newNum也压入stackMin。
— 如果不为空,则比较newNum和stackMin的栈顶元素中哪一个更小:
Ø 如果newNum更小或两者相等,则newNum也压入stackMin;
Ø 如果stackMin中栈顶元素小,则stackMin不压入任何内容。
举例:依次压入3、4、5、1、2、1的过程中,stackData和stackMin的变化如图1-1所示。
(2)弹出数据规则
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哪一个更小。
通过上文提到的压入规则可知,stackMin中存在的元素是从栈底到栈顶逐渐变小的,stackMin栈顶的元素既是stackMin栈的最小值,也是当前stackData栈的最小值。所以不会出现value比stackMin的栈顶元素更小的情况,value只可能大于或等于stackMin的栈顶元素。
当value等于stackMin的栈顶元素时,stackMin弹出栈顶元素;当value大于stackMin的栈顶元素时,stackMin不弹出栈顶元素,返回value。
很明显可以看出,压入与弹出规则是对应的。
(3)查询当前栈中的最小值操作
由上文的压入数据规则和弹出数据规则可知,stackMin始终记录着stackData中的最小值。所以,stackMin的栈顶元素始终是当前stackData中的最小值。
class myStack{
public myStack(){
this.stackData = new Stack<>();
this.stackMin = new Stack<>();
}
private Stack<Integer> stackData;
private Stack<Integer> stackMin;
public void push(Integer integer){
if (stackMin.isEmpty()){
stackMin.push(integer);
}else if(integer<=stackMin.peek()){
stackMin.push(integer);
}
stackData.push(integer);
}
public int pop(){
if (stackData.isEmpty()){
throw new RuntimeException("Your stack is empty.");
}
Integer value = stackData.pop();
if (value==stackMin.peek()){
stackMin.pop();
}
return value;
}
public int getmin(){
if (this.stackMin.isEmpty())
throw new RuntimeException("Your stack is empty.");
return stackMin.peek();
}
}
分析递归代码
第二种
(1)压入数据规则
假设当前数据为newNum,先将其压入stackData。然后判断stackMin是否为空。
如果为空,则newNum也压入stackMin; 如果不为空,则比较newNum和stackMin的栈顶元素中哪一个更小。
如果newNum更小或两者相等,则newNum也压入stackMin; 如果stackMin中栈顶元素小,则把stackMin的栈顶元素重复压入stackMin,即在栈顶元素上再压入一个栈顶元素。
(2)弹出数据规则
在stackData中弹出数据,弹出的数据记为value;弹出stackMin中的栈顶,返回value。
很明显可以看出,压入与弹出规则是对应的。
(3)查询当前栈中的最小值操作
由上文的压入数据规则和弹出数据规则可知,stackMin始终记录着stackData中的最小值,所以stackMin的栈顶元素始终是当前stackData中的最小值。
public class MyStack2 {
private Stack<Integer> stackData;
private Stack<Integer> stackMin;
public MyStack2() {
this.stackData = new Stack<Integer>();
this.stackMin = new Stack<Integer>();
}
public void push(int newNum) {
if (this.stackMin.isEmpty()) {
this.stackMin.push(newNum);
} else if (newNum < this.getmin()) {
this.stackMin.push(newNum);
} else {
int newMin = this.stackMin.peek();
this.stackMin.push(newMin);
}
this.stackData.push(newNum);
}
public int pop() {
if (this.stackData.isEmpty()) {
throw new RuntimeException("Your stack is empty.");
}
this.stackMin.pop();
return this.stackData.pop();
}
public int getmin() {
if (this.stackMin.isEmpty()) {
throw new RuntimeException("Your stack is empty.");
}
return this.stackMin.peek();
}
}
分析递归部分
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