2、剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列
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一、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
二、解法
2.1、双栈法
核心思想：
维护两个栈，第一个栈（正序支持插入操作，第二个栈支持删除操作。
根据栈先进后出的特性，我们每次往第一个栈里插入元素后，第一个栈的底部元素是最后插入的元素，第一个栈的顶部元素是下一个待删除的元素。为了维护队列先进先出的特性，我们引入第二个栈，用第二个栈维护待删除的元素，在执行删除操作的时候我们首先看下第二个栈是否为空。如果为空，我们将第一个栈里的元素一个个弹出插入到第二个栈里，这样第二个栈里元素的顺序就是待删除的元素的顺序，要执行删除操作的时候我们直接弹出第二个栈的元素返回即可。
复杂度分析：
**时间复杂度：**对于插入和删除操作，时间复杂度均为 O(1)。插入不多说，对于删除操作，虽然看起来是 O(n) 的时间复杂度，但是仔细考虑下每个元素只会「至多被插入和弹出 stack2 一次」，因此均摊下来每个元素被删除的时间复杂度仍为 O(1)。
空间复杂度：O(n)。需要使用两个栈存储已有的元素。
代码（优化前）：
这个是我第一次解题时的写法，因为我是实时维护正序栈与逆序栈的，所以效率比较底下。
class CQueue {
// 正序栈 A ：队列正序（栈顶元素即为队列头）
private Stack<Integer> stackA = null;
// 逆序栈 B ：队列逆序
private Stack<Integer> stackB = null;
public CQueue() {
// 初始化双栈
this.stackA = new Stack<>();
this.stackB = new Stack<>();
}
// 在队列尾部插入整数
public void appendTail(int value) {
// 压入逆序栈
stackB.push(value);
// 更新正序栈
stackA = reverse(stackB);
}
// 在队列头部删除整数 若队列中没有元素，deleteHead 操作返回 -1
public int deleteHead() {
// 如果队列中没有元素,则返回 -1
if (stackA.isEmpty()) {
return -1;
}
// 正序栈的栈顶元素出站
int result = stackA.pop();
// 更新逆序栈
stackB = reverse(stackA);
return result;
}
// 获取一个栈的逆序栈
public Stack<Integer> reverse(Stack<Integer> stack) {
Stack<Integer> temp = (Stack<Integer>) stack.clone();
Stack<Integer> result = new Stack<>();
while (!temp.isEmpty()) {
result.add(temp.pop());
}
return result;
}
}
代码（优化后）：
此版本为参考官方题解的解题思路与评论区 kd35 大佬的代码，也是本解法中核心思想的实现。
class CQueue {
// 栈 A ：队列正序
private Stack<Integer> stackA = null;
// 栈 B ：队列逆序
private Stack<Integer> stackB = null;
public CQueue() {
// 初始化双栈
this.stackA = new Stack<>();
this.stackB = new Stack<>();
}
// 在队列尾部插入整数
public void appendTail(int value) {
// 压入逆序栈
stackB.push(value);
}
// 在队列头部删除整数 若队列中没有元素，deleteHead 操作返回 -1
public int deleteHead() {
if (!stackA.isEmpty()) {
// 正序栈存在元素, 将栈顶元素出栈
return stackA.pop();
} else {
// 更新正序栈：此时正序栈中不存在元素，将逆序栈中的元素依次出栈，并压入正序栈中
while (!stackB.isEmpty()) {
stackA.push(stackB.pop());
}
// 如果更新后的正序栈依然为空, 则说明队列中此时没有元素, 返回 -1
// 如果更新后的正序栈不为空, 则将正序栈的栈顶出栈
return stackA.isEmpty() ? -1 : stackA.pop();
}
}
}