设计一个最小栈

问题

请你设计一个 最小栈 。它提供 pushpoptop 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

复制代码
输入:
["MinStack","push","push","push","getMin","pop","top","getMin"]
[[],[-2],[2],[-3],[],[],[],[]]

输出:
[null,null,null,null,-3,null,2,-2]

解释:
MinStack minStack = new MinStack();
minStack.push(-2);
minStack.push(2);
minStack.push(-3);
minStack.getMin();   --> 返回 -3.
minStack.pop();
minStack.top();      --> 返回 2.
minStack.getMin();   --> 返回 -2.

分析

本题目的难点在于,出了要实现间的栈操作,还得满足在常数时间内找到最小值。因此时间成本要求极高。所以不能进行数据的遍历去找到合适的数值。

因此,我们可以考虑空间换时间的方法。用额外开辟的空间,去换得最小的时间消耗

思路

我们可以建立两个stack,第一个叫st,用来正常出入数据;第二个叫minst,将最小的数入到该栈。

示例:

当我们打算入5 6 7 3时, st作为正常栈,存储5 6 7 3。

当5入栈时,minst为空,5入minst-------->当6 7入栈时,6 7均大于5(minst栈顶),因此入5(保证minst的栈顶始终是最小值)---------->当3入栈时,3小于等于minst.top(),因此3入minst

(需要注意,当插入的元素 x 等于 minst.top()时,仍需要插入)

优化:

为了减少入栈的消耗,在minst中"当6 7入栈时,6 7均大于5(minst栈顶),因此入5(保证minst的栈顶始终是最小值)"此操作省去

因此在需要满足的push、top、pop操作如下:

top:

返回st栈的栈顶

push:

st栈优先插入,当插入的数据x小于等于minst.top()时,minst才插入x

pop:

st栈优先删除,当删除的数据等于minst.top()时,minst才删除。((因为minst.top()始终小于等于st.top() ))

代码实现

cpp 复制代码
class MinStack {
public:
    MinStack() {    //不写,在初始化列表自动完成初始化
    }
    
    void push(int x) {
        _st.push(x);

        if (_minst.empty() || x <=  _minst.top())
            _minst.push(x);
    }
    
    void pop() {

        if (_minst.top() == _st.top())
            _minst.pop();

        _st.pop();

    }
    
    int top() {
        return _st.top();
    }
    
    int getMin() {
        return _minst.top();
    }

private:
    stack<int> _st;
    stack<int> _minst;

};

题外话

当出现大量重复元素时,minst还需要大量的push这些重复元素吗?

答案是不需要。我们只需要将minst初始化为一个自定义类型即可。

采用类内初始化,建立一个这样的类。当传入相同的元素时,只需要_count++即可。

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