用栈实现队列

难度: Easy

请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作（push、pop、peek、empty）：

实现 MyQueue 类：

void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾
int pop() 从队列的开头移除并返回元素
int peek() 返回队列开头的元素
boolean empty() 如果队列为空，返回 true ；否则，返回 false

说明：

你只能使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque（双端队列）来模拟一个栈，只要是标准的栈操作即可。

示例 1：

输入：
["MyQueue", "push", "push", "peek", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出：
[null, null, null, 1, 1, false]

解释：
MyQueue myQueue = new MyQueue();
myQueue.push(1); // queue is: [1]
myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)
myQueue.peek(); // return 1
myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]
myQueue.empty(); // return false

提示：

1 <= x <= 9
最多调用 100 次 push、pop、peek 和 empty
假设所有操作都是有效的（例如，一个空的队列不会调用 pop 或者 peek 操作）

进阶：

你能否实现每个操作均摊时间复杂度为 O(1) 的队列？换句话说，执行 n 个操作的总时间复杂度为 O(n) ，即使其中一个操作可能花费较长时间。

Submission

运行时间: 16 ms

内存: 16.1 MB

class MyQueue:

    def __init__(self):
        self.stack1 = []
        self.stack2 = []


    def push(self, x: int) -> None:
        
        self.stack1.append(x)


    def pop(self) -> int:
        
        if self.stack2 == []:
            while self.stack1:
                self.stack2.append(self.stack1.pop())
        return self.stack2.pop()

    def peek(self) -> int:
        if self.stack2 == []:
            while self.stack1:
                self.stack2.append(self.stack1.pop())
        return self.stack2[-1]
        
    
    def empty(self) -> bool:
        return self.stack1 == [] and self.stack2 == []

# Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
# obj = MyQueue()
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()
# param_3 = obj.peek()
# param_4 = obj.empty()

Explain

该题解利用两个栈（stack1 和 stack2）来模拟实现一个队列的操作。栈是后进先出的数据结构，而队列是先进先出的数据结构。通过将一个栈用来处理入队操作（stack1），另一个栈用来处理出队操作（stack2），可以实现队列的功能。具体方法如下： 1. **push 操作**：直接将元素添加到 stack1。 2. **pop 和 peek 操作**：当需要进行出队或访问队首元素时，如果 stack2 为空，则将 stack1 中的所有元素依次弹出并压入 stack2，这样 stack2 的顶部元素即为队列的首元素。如果 stack2 不为空，则直接从 stack2 弹出或访问顶部元素。 3. **empty 操作**：检查两个栈是否都为空，如果都为空，则队列为空；否则不为空。

时间复杂度: O(1) 平摊时间复杂度

空间复杂度: O(n)

class MyQueue:

    def __init__(self):
        self.stack1 = []  # 用于入队操作的栈
        self.stack2 = []  # 用于出队操作的栈


    def push(self, x: int) -> None:
        # 将元素 x 推入队列末尾
        self.stack1.append(x)


    def pop(self) -> int:
        # 从队列开头移除并返回元素
        if self.stack2 == []:
            # 如果 stack2 为空，将 stack1 所有元素逆序压入 stack2
            while self.stack1:
                self.stack2.append(self.stack1.pop())
        return self.stack2.pop()

    def peek(self) -> int:
        # 返回队列开头的元素
        if self.stack2 == []:
            # 如果 stack2 为空，将 stack1 所有元素逆序压入 stack2
            while self.stack1:
                self.stack2.append(self.stack1.pop())
        return self.stack2[-1]

    def empty(self) -> bool:
        # 检查队列是否为空
        return self.stack1 == [] and self.stack2 == []

# Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
# obj = MyQueue()
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()
# param_3 = obj.peek()
# param_4 = obj.empty()

Explore

在进行pop或peek操作之前，首先检查stack2是否为空。如果stack2为空，则将stack1中的所有元素逐一弹出并压入stack2中。这样操作后，stack2中的顶部元素即是原队列的前端元素，从而可以进行pop或peek操作。如果stack2不为空，则直接从stack2中弹出或访问顶部元素，因为stack2已经包含了之前从stack1转移过来的元素，其顶部元素即为队列前端的元素。

是的，性能下降是可能的，特别是在大量数据交换的场景下。每次调用pop或peek操作时，如果stack2为空，则需要将stack1中的所有元素逐一弹出并转移到stack2中，这个操作的时间复杂度为O(n)，其中n为stack1中的元素数量。在反复进行多次push和pop操作的情况下，尤其是在元素频繁地在两个栈之间转移时，会有重复的元素移动，从而导致操作效率降低。

是的，这种方法始终可靠。队列的全部元素都存储在两个栈中，不论是stack1还是stack2。如果两个栈都为空，这意味着队列中没有任何元素，队列自然为空。反之，只要有一个栈不为空，就意味着队列中还有元素。因此，通过检查两个栈是否都为空，可以准确判断队列是否为空。