Leetcode刷题Java155. 最小栈

设计一个支持 push ，pop ，top 操作，并能在常数时间内检索到最小元素的栈。

push(x) —— 将元素 x 推入栈中。
pop() —— 删除栈顶的元素。
top() —— 获取栈顶元素。
getMin() —— 检索栈中的最小元素。

示例:

输入：
["MinStack","push","push","push","getMin","pop","top","getMin"]
[[],[-2],[0],[-3],[],[],[],[]]

输出：
[null,null,null,null,-3,null,0,-2]

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

提示：

pop、top 和 getMin 操作总是在 非空栈 上调用。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/min-stack
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        方法一：两个栈
        一个栈保存正常的入栈出栈值，一个栈保存当前所有元素的最小值
        最小栈的具体操作流程如下：
        1.将第一个元素入栈
        2.添加的元素小于等于栈顶元素，则入栈；否则，不作处理
        3.出栈的元素等于栈顶元素，则出栈，否则不作处理

class MinStack {
        /**
         * initialize your data structure here.
         */
        private Stack stack;
        private Stack minStack;

        public MinStack() {
            stack = new Stack<>();
            minStack = new Stack<>();
        }

        public void push(int x) {
            stack.push(x);
            //minStack为空添加元素，否则判断栈顶元素与新添加元素值大小
            if (!minStack.isEmpty()) {
                if (x <= minStack.peek()) {
                    minStack.push(x);
                }
            } else {
                minStack.push(x);
            }
        }

        public void pop() {
            int x = stack.pop();
            int peek = minStack.peek();
            if (x == peek) {
                minStack.pop();
            }
        }

        //使用peek，不出栈
        public int top() {
            return stack.peek();
        }

        public int getMin() {
            return minStack.peek();
        }
    }

方法二：只使用一个栈，定义变量min保存最小值
    存在问题：
    1.假设栈中最小元素为min，新添加元素为x，小于min，将min更新为x，但是之前的最小值min则丢失了
    解决方法：如果新添加元素x小于min，先将min压栈，将x赋值min，再将最小值x压栈
    2.如果出栈元素为最小值，该如何？
    解决方法：先将最小值出栈，再出栈一次，将最小值赋值。

class MinStack {
    /** initialize your data structure here. */
    int min = Integer.MAX_VALUE;;
    Stack stack;

    public MinStack() {
        stack = new Stack<>();
    }

    public void push(int x) {
        //判断新添加元素与min值大小
        if (x <= min) {
            stack.push(min);
            min = x;
        }
        stack.push(x);
    }

    public void pop() {
        //使用stack.pop()先出栈，判断出栈元素为最小值，需要再出栈一次
        if (stack.pop() == min) {
            min = stack.pop();
        }
    }

    public int top() {
        return stack.peek();
    }

    public int getMin() {
        return min;
    }
}

方法三：基于方法二修改
     1.使用一个栈，增加变量min保存最小值
     2.压栈元素为 入栈元素-min
     3.差值小于0，将新压栈元素赋值min，之前min则等于min-栈顶元素
     4.出栈时，栈顶元素小于0时，更新min为min-栈顶元素，返回min为栈顶元素；否则，出栈元素为min+栈顶元素
     注意：使用long保存栈中元素，防止内存溢出

class MinStack {
        /** initialize your data structure here. */
        long min;
        Stack stack;
        public MinStack() {
            stack = new Stack<>();
        }

        public void push(int x) {
            //需判断stack是否为空
            if (stack.isEmpty()) {
                min = x;
                stack.push(x - min);
            } else {
                stack.push(x - min);
                if (x <= min) {
                    min = x;
                }
            }
        }

        public void pop() {
            long pop = stack.pop();
            //更新min值
            if (pop <= 0) {
                min = min - pop;
            }
        }

        public int top() {
            long peek = stack.peek();
            if (peek <= 0) {
                return (int) min;
            } else {
                return (int) (peek + min);
            }
        }

        public int getMin() {
            return (int) min;
        }
    }

         方法四：不使用Java自带的Stack
        使用链表实现栈的功能，定义Node节点时增加min字段，每次保存元素时更新min值
        每次添加元素到头部

class MinStack {
        /**
         * initialize your data structure here.
         */
        class ListNode{
            int value;
            int min;
            ListNode next;

            ListNode(int x, int min) {
                this.value = x;
                this.min = min;
                next = null;
            }
        }
        ListNode head;
        public MinStack() {
        }

        public void push(int x) {
            if (head == null) {
                head = new ListNode(x, x);
            } else {
                ListNode node = new ListNode(x, Math.min(head.min, x));
                node.next = head;
                head = node;
            }
        }

        public void pop() {
            if (head != null) {
                head = head.next;
            }
        }

        public int top() {
            if (head != null) {
                return head.value;
            }
            return -1;
        }

        public int getMin() {
            if (head != null) {
                return head.min;
            }
            return -1;
        }
    }