两个栈实现一个队列

简介:

一、题目

用C++描述,题目大致是这样的:

已知下面Stack类及其3个方法Push、Pop和 Count,请用2个Stack实现Queue类的入队(Enqueue)出队(Dequeue)方法。

class Stack
{
…
public:
         void Push(int x); // Push an element in stack;
         int Pop();  // Pop an element out of stack;
         int Count() const;     // Return the number of the elements in stack;
…
};

class Queue
{
…
public:
         void Enqueue(int x);
         int Dequeue();

private:
         Stack s1;
         Stack s2;
…
};

这道题应该不算难,比起《编程之美》中微软那些什么“翻烙饼”的面试题,难度上差远了。况且,由于时间关系,我一般也不要求面试者写代码,只描述清楚思路即可。出这道题,主要考察3点:

  1. 在短时间内,能不能找到解决这道题的足够清晰的思路(思维是否敏捷、清晰)。
  2. 能不能在单向表述中,清楚地描述自己的思路和想法(表述能力是否达到要求)。
  3. 对于某些具体细节,能不能考虑到(是否足够细致)。

总体上,以10人为例,实际的结果大致是:

  1. 8个人可以找到解决答案,2个人无法找到答案。
  2. 8个找到答案的人中,6个找到的方法相同,2个人找到其它变种。
  3. 在这8个人中,有1个人可以不经提示,同时想到大众方法和变种。

二、解法

法一:

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:

这里写图片描述

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)。

法二:

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。


参考资料

[1] http://www.cnblogs.com/wanghui9072229/archive/2011/11/22/2259391.html

相关文章
|
3天前
|
存储 Java
【数据结构】优先级队列(堆)从实现到应用详解
本文介绍了优先级队列的概念及其底层数据结构——堆。优先级队列根据元素的优先级而非插入顺序进行出队操作。JDK1.8中的`PriorityQueue`使用堆实现,堆分为大根堆和小根堆。大根堆中每个节点的值都不小于其子节点的值,小根堆则相反。文章详细讲解了如何通过数组模拟实现堆,并提供了创建、插入、删除以及获取堆顶元素的具体步骤。此外,还介绍了堆排序及解决Top K问题的应用,并展示了Java中`PriorityQueue`的基本用法和注意事项。
18 5
【数据结构】优先级队列(堆)从实现到应用详解
|
9天前
|
存储 人工智能 C语言
数据结构基础详解(C语言): 栈的括号匹配(实战)与栈的表达式求值&&特殊矩阵的压缩存储
本文首先介绍了栈的应用之一——括号匹配,利用栈的特性实现左右括号的匹配检测。接着详细描述了南京理工大学的一道编程题,要求判断输入字符串中的括号是否正确匹配,并给出了完整的代码示例。此外,还探讨了栈在表达式求值中的应用,包括中缀、后缀和前缀表达式的转换与计算方法。最后,文章介绍了矩阵的压缩存储技术,涵盖对称矩阵、三角矩阵及稀疏矩阵的不同压缩存储策略,提高存储效率。
|
11天前
|
存储 C语言
数据结构基础详解(C语言): 栈与队列的详解附完整代码
栈是一种仅允许在一端进行插入和删除操作的线性表,常用于解决括号匹配、函数调用等问题。栈分为顺序栈和链栈,顺序栈使用数组存储,链栈基于单链表实现。栈的主要操作包括初始化、销毁、入栈、出栈等。栈的应用广泛,如表达式求值、递归等场景。栈的顺序存储结构由数组和栈顶指针构成,链栈则基于单链表的头插法实现。
|
13天前
|
Java
【数据结构】栈和队列的深度探索,从实现到应用详解
本文介绍了栈和队列这两种数据结构。栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构,元素只能从栈顶进行插入和删除。栈的基本操作包括压栈、出栈、获取栈顶元素、判断是否为空及获取栈的大小。栈可以通过数组或链表实现,并可用于将递归转化为循环。队列则是一种先进先出(FIFO)的数据结构,元素只能从队尾插入,从队首移除。队列的基本操作包括入队、出队、获取队首元素、判断是否为空及获取队列大小。队列可通过双向链表或数组实现。此外,双端队列(Deque)支持两端插入和删除元素,提供了更丰富的操作。
14 0
【数据结构】栈和队列的深度探索,从实现到应用详解
|
17天前
|
Linux C++ Windows
栈对象返回的问题 RVO / NRVO
具名返回值优化((Name)Return Value Optimization,(N)RVO)是一种优化机制,在函数返回对象时,通过减少临时对象的构造、复制构造及析构调用次数来降低开销。在C++中,通过直接在返回位置构造对象并利用隐藏参数传递地址,可避免不必要的复制操作。然而,Windows和Linux上的RVO与NRVO实现有所不同,且接收栈对象的方式也会影响优化效果。
|
1月前
|
存储 安全 编译器
缓冲区溢出之栈溢出(Stack Overflow
【8月更文挑战第18天】
55 3
|
19天前
crash —— 获取内核地址布局、页大小、以及栈布局
crash —— 获取内核地址布局、页大小、以及栈布局
|
19天前
|
存储 程序员 C语言
堆和栈之间有什么区别
【9月更文挑战第1天】堆和栈之间有什么区别
89 0
|
28天前
|
机器学习/深度学习 消息中间件 缓存
栈与队列的实现
栈与队列的实现
37 0
|
1月前
|
算法 C语言 C++
【practise】栈的压入和弹出序列
【practise】栈的压入和弹出序列