HOT70-最小栈

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题目描述

        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。

实现 MinStack 类:

• MinStack() 初始化堆栈对象。
• void push(int val) 将元素val推入堆栈。
• void pop() 删除堆栈顶部的元素。
• int top() 获取堆栈顶部的元素。
• int getMin() 获取堆栈中的最小元素。

示例 1:

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：

• -231 <= val <= 231 - 1
• pop、top 和 getMin 操作总是在 非空栈 上调用
• push, pop, top, and getMin最多被调用 3 * 104 次

解题方法：有两个解法

方法1：双栈。一个用于保存入栈的数字，一个用于保存对应的最小值栈min_stack。每次入栈，先比较入栈元素跟min_stack栈顶元素的大小。如果新入栈元素num小于min_stack中的栈顶元素，则将入栈元素num同时压入数据栈和min_stack；如果新入栈元素num大于min_stack中的栈顶元素，则将num压入数据栈、min_stack的栈顶元素再次压入min_stack。

方法2：一个栈 + min_value。用一个min_value保存当前栈中最小的元素，每次将新入栈的元素num跟入栈前的min_value的差值diff=num - min_value压入栈中。同时入栈和出栈都根据diff的值来决定是否需要更新min_value。

入栈操作：先判断栈是否为空。如果diff>0，说明当前元素num不是最小的元素，则min_value不变；如果diff<0，说明当前元素是最小的元素，则将diff入栈，同时将min_value设置为num。

出栈操作：先判断栈是否为空。如果diff>0，直接弹出栈顶元素即可（因为min_value不变），如果diff<0，则先用当前的min_value（值就是num)-diff去更新min_value，即min_value=min_value-diff，然后将当前栈顶元素弹出。

C++代码

#include 
#include 

class MinStack {
private:
    long m_min_value;
    std::stack m_st;
public:
    MinStack() : m_min_value(0) {
    }
    
    void push(int val) {
        // 第一个压入的元素要特殊处理
        if (m_st.empty()) {
            m_min_value = val;
            long diff = 0;
            m_st.push(diff);
            return;
        }
        long diff = val - m_min_value;
        m_st.push(diff);// diff > 0, m_min_value不变
        //如果diff小于0,则需要更新当前对应的最小值
        //   更新完后,top_value=m_min_value+diff
        if (diff < 0) { 
            m_min_value = val; //也就是说当diff小于0，min_value等于待压入的value
        }
    }
    
    void pop() {
        if (m_st.empty()) {
            return;
        }
        long diff = m_st.top();
        m_st.pop();
        // diff大于0时，min_value不变
        // diff小于0时，min_value等于新扫描的元素
        if (diff < 0) { //diff小于0,则次顶元素对应的min_value大于当前栈顶元素对应的min_value
            m_min_value = m_min_value - diff;//m_min_value等于新扫描的元素
        }
    }
    
    int top() {
        if (m_st.empty()) {
            return -1;
        }
        long diff = m_st.top();
        if (diff > 0) {
            return m_min_value + diff;
        } else {
            return m_min_value;
        }
    }
    
    int getMin() {
        if (m_st.empty()) {
            return -1;
        }
        return m_min_value;
    }
};

/**
 * Your MinStack object will be instantiated and called as such:
 * MinStack* obj = new MinStack();
 * obj->push(val);
 * obj->pop();
 * int param_3 = obj->top();
 * int param_4 = obj->getMin();
 */

x