【每天一题】剑指 Offer 09. 用两个栈实现队列

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]

读懂题目：很多人一看见示例就蒙了，看半天没看明白，这是什么东西，下面来讲一下题意

示例 1：
输入： ["CQueue","appendTail","deleteHead","deleteHead"] 这里是要执行的方法，从左到右执行

[[],[3],[],[-1]]对应上面的方法，是上面方法的参数。CQueue和deleteHead方法不需要指定数字，只有添加才需要指定数字

1.CQueue创建队列，返回值为null

2.appendTail将3压入栈，返回值为null

3.deleteHead将栈底的元素删除，也就是消息队列中先进来的元素，所以是deleteHead，返回该元素的数值，所以为3

4.deleteHead继续删除栈底的元素，但是没有元素了，所以返回-1


所以就有了下面的输出 输出：[null,null,3,-1]

示例 2：

输入： ["CQueue","deleteHead","appendTail","appendTail","deleteHead","deleteHead"]
[[],[],[5],[2],[],[]]

1.创建队列，返回值为null

2.删除栈底的元素，但是没有元素，所以返回-1

3.把5压入栈，返回null

4.把2压入栈，返回null

5.删除栈底的一个元素，也就是消息队列中先进来的元素，所以是deleteHead，就是最先进来的5，返回值为5，

6.删除栈底的一个元素，就是后进来的2，返回值为2，

所以就有了下面的输出

输出：[null,-1,null,null,5,2]

解题思路

维护两个栈，第一个栈支持插入操作，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

伪代码

成员变量
	维护两个栈 stack1 和 stack2，其中 stack1 支持插入操作，stack2 支持删除操作
构造方法
	初始化 stack1 和 stack2 为空
插入元素
	插入元素对应方法 appendTail
	stack1 直接插入元素
删除元素
	删除元素对应方法 deleteHead
	如果 stack2 为空，则将 stack1 里的所有元素弹出插入到 stack2 里
	如果 stack2 仍为空，则返回 -1，否则从 stack2 弹出一个元素并返回

class CQueue {
    Deque<Integer> stack1;
    Deque<Integer> stack2;
    
    public CQueue() {
        stack1 = new LinkedList<Integer>();
        stack2 = new LinkedList<Integer>();
    }
    
    public void appendTail(int value) {
        stack1.push(value);
    }
    
    public int deleteHead() {
        // 如果第二个栈为空
        if (stack2.isEmpty()) {
            while (!stack1.isEmpty()) {
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        } 
        if (stack2.isEmpty()) {
            return -1;
        } else {
            int deleteItem = stack2.pop();
            return deleteItem;
        }
    }
}

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。

优化代码：
如果你使用Stack的方式来做这道题，会造成速度较慢；原因的话是Stack继承了Vector接口，而Vector底层是一个Object[]数组，那么就要考虑空间扩容和移位的问题了。可以使用LinkedList来做Stack的容器，因为LinkedList实现了Deque接口，所以Stack能做的事LinkedList都能做，其本身结构是个双向链表，扩容消耗少。但是我的意思不是像100%代码那样直接使用一个LinkedList当做队列，那确实是快，但是不符题意。贴上代码，这样的优化之后，效率提高了40%，超过97%。

class CQueue {
    LinkedList<Integer> stack1;
	LinkedList<Integer> stack2;
    
    public CQueue() {
        stack1 = new LinkedList<Integer>();
        stack2 = new LinkedList<Integer>();
    }
    
    public void appendTail(int value) {
        stack1.push(value);
    }
    
    public int deleteHead() {
        // 如果第二个栈为空
        if (stack2.isEmpty()) {
            while (!stack1.isEmpty()) {
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        } 
        if (stack2.isEmpty()) {
            return -1;
        } else {
            int deleteItem = stack2.pop();
            return deleteItem;
        }
    }
}