剑指 Offer 30. 包含min函数的栈 做题小结

题目

定义栈的数据结构,请在该类型中实现一个能够得到栈的最小元素的 min 函数在该栈中,调用 min、push 及 pop 的时间复杂度都是 O(1)。

示例:

MinStack minStack = new MinStack();
minStack.push(-2);
minStack.push(0);
minStack.push(-3);
minStack.min(); --> 返回 -3.
minStack.pop();
minStack.top(); --> 返回 0.
minStack.min(); --> 返回 -2.

提示:

各函数的调用总次数不超过 20000 次

解题思路:

普通栈的 push() 和 pop() 函数的复杂度为 O(1)O(1) ;而获取栈最小值 min() 函数需要遍历整个栈,复杂度为 O(N)O(N) 。

本题难点: 将 min() 函数复杂度降为 O(1)O(1) ,可通过建立辅助栈实现;
数据栈 AA : 栈 AA 用于存储所有元素,保证入栈 push() 函数、出栈 pop() 函数、获取栈顶 top() 函数的正常逻辑。
辅助栈 BB : 栈 BB 中存储栈 AA 中所有 非严格降序 的元素,则栈 AA 中的最小元素始终对应栈 BB 的栈顶元素,即 min() 函数只需返回栈 BB 的栈顶元素即可。
因此,只需设法维护好 栈 BB 的元素,使其保持非严格降序,即可实现 min() 函数的 O(1)O(1) 复杂度。

函数设计:

push(x) 函数: 重点为保持栈 BB 的元素是 非严格降序 的。

将 xx 压入栈 AA (即 A.add(x) );
若 ① 栈 BB 为空 或 ② xx 小于等于 栈 BB 的栈顶元素,则将 xx 压入栈 BB (即 B.add(x) )。
pop() 函数: 重点为保持栈 A, BA,B 的 元素一致性 。

执行栈 AA 出栈(即 A.pop() ),将出栈元素记为 yy ;
若 yy 等于栈 BB 的栈顶元素,则执行栈 B 出栈(即 B.pop() )。
top() 函数: 直接返回栈 AA 的栈顶元素即可,即返回 A.peek() 。

min() 函数: 直接返回栈 BB 的栈顶元素即可,即返回 B.peek() 。
复杂度分析:
时间复杂度 O(1)O(1) : push(), pop(), top(), min() 四个函数的时间复杂度均为常数级别。
空间复杂度 O(N)O(N) : 当共有 NN 个待入栈元素时,辅助栈 BB 最差情况下存储 NN 个元素,使用 O(N)O(N) 额外空间。
代码:
Java 代码中,由于 Stack 中存储的是 int 的包装类 Integer ,因此需要使用 equals() 代替 == 来比较值是否相等。

代码

class MinStack {
    Stack<Integer> A, B;
    public MinStack() {
        A = new Stack<>();
        B = new Stack<>();
    }
    public void push(int x) {
        A.add(x);
        if(B.empty() || B.peek() >= x)
            B.add(x);
    }
    public void pop() {
        if(A.pop().equals(B.peek()))
            B.pop();
    }
    public int top() {
        return A.peek();
    }
    public int min() {
        return B.peek();
    }
}

笔记

public void push(int x) {
        A.add(x);
        if(B.empty() || B.peek() >= x)
            B.add(x);
    }
    此函数B.peek() >= x必须有等号因为需要考虑栈A中有重复的元素,如push后 A: 0->1->0 B: 0
    当pop的时候B会变成空栈,在min方法里无法返回B的栈顶,因为此时栈B为空栈。
原文地址:https://www.cnblogs.com/nmydt/p/14256397.html