剑指Offer 30.包含min函数的栈

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0(1)。

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) 。
剑指Offer 30.包含min函数的栈_第1张图片

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。

class MinStack {
    Stack 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();
    }
}

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