算法图解:如何找出栈中的最小值?(下)

简介: 算法图解:如何找出栈中的最小值?(下)

实现代码1

接下来我们将上面的思路用代码实现一下,我们用数组实现的栈来实现相关的功能,代码如下:

class MinStack {
    private int[] data; // 栈数据
    private int maxSize; // 最大长度
    private int top; // 栈顶指针(下标)
    private int min; // 最小值
    // 构造函数
    public MinStack() {
        // 设置默认值
        maxSize = 10000;
        data = new int[maxSize];
        top = -1;
        min = Integer.MAX_VALUE;
    }
    // 入栈(添加元素)
    public void push(int x) {
        if (min >= x) {
            // 遇到了更小的值,记录原最小值(入栈)
            data[++top] = min;
            min = x;
        }
        // 当前值入栈
        data[++top] = x;
    }
    // 出栈(移除栈顶元素)
    public void pop() {
        if (min == data[top]) {
            min = data[--top]; // 拿到原最小值,并(将原最小值)出栈
        }
        --top; // 出栈
    }
    // 查找栈顶元素
    public int top() {
        return data[top];
    }
    // 查询最小值
    public int min() {
        return min;
    }
}


上述代码在 LeetCode 的执行结果如下:

image.png

可以看出性能还是很高的,超越了 99.92% 的用户,内存消耗也不大。它的核心代码在 push 方法内,先将原最小值和最新最小值相继入栈,在 pop 出栈时判断出栈元素是否为最小值,如果是最小值则将当前最小值指向栈顶元素并将栈顶元素出栈,这样就得到了下一个新的最小值了。


实现代码2

如果我们不想使用数组的自定义栈来实现,还可以使用 Java 中自带的栈 Stack 来实现此功能,代码如下:

class MinStack {
    private Stack<Integer> stack = new Stack<>();
    private int min = Integer.MAX_VALUE;
    public MinStack() { }
    // 入栈(添加元素)
    public void push(int x) {
        if (x <= min) {
            // 遇到了更小的值,记录原最小值(入栈)
            stack.push(min);
            min = x;
        }
        stack.push(x);
    }
    // 出栈(移除栈顶元素)
    public void pop() {
        if (stack.pop() == min) {
            min = stack.pop(); // 取出原最小值
        }
    }
    // 查找栈顶元素
    public int top() {
        return stack.peek();
    }
    // 查询最小值
    public int min() {
        return min;
    }
}


上述代码在 LeetCode 的执行结果如下:

image.png

从结果可以看出,使用 Java 中自带的栈的性能不如自定义数组的栈,但代码还是通过了测试。这种实现方式的优点就是代码比较简单,可以利用了 Java 自身的 API 来完成了最小值的查找。


这种实现代码的方式(使用 Java API),在刷题或者实际面试中如果没有特殊说明是可以直接用的。


总结

本文我们通过两种方式:自定义数组栈和 Java API 中的 Stack 来实现了栈中最小值的功能,保证了在调用栈的 min、push 及 pop 方法时的时间复杂度都是 O(1)。两种实现方式的代码虽然略不相同,但实现思路都是一样的,都是在元素入栈时判断当前元素是否小于最小元素,如果小于最小元素则先将原最小值入栈,再将当前最小元素入栈,这样当调用 pop 方法时,即使移除的是最小值,只需要将下一个元素取出即为新的最小值了,这样就可以实现调用 min、push 及 pop 方法时的时间复杂度都是 O(1) 了。


最后

机智的你一定还有其他的实现答案,评论区告诉我吧~

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