232. Implement Queue using Stacks

문제

Implement a first in first out (FIFO) queue using only two stacks. The implemented queue should support all the functions of a normal queue (push, peek, pop, and empty).

Implement the MyQueue class:

• void push(int x) Pushes element x to the back of the queue.
• int pop() Removes the element from the front of the queue and returns it.
• int peek() Returns the element at the front of the queue.
• boolean empty() Returns true if the queue is empty, false otherwise.

Notes:

• You must use only standard operations of a stack, which means only push to top, peek/pop from top, size, and is empty operations are valid.
• Depending on your language, the stack may not be supported natively. You may simulate a stack using a list or deque (double-ended queue) as long as you use only a stack's standard operations.

Follow-up: Can you implement the queue such that each operation is amortized $O(1)$ time complexity? In other words, performing n operations will take overall $O(n)$ time even if one of those operations may take longer.

예제 입출력

["MyQueue", "push", "push", "peek", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
Output
[null, null, null, 1, 1, false]

Explanation
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

참고

You can read the full description here.

풀이 1

접근법

1. 스택은 리스트를 이용합니다.
2. 스택 a를 주요 저장 공간으로, 스택 b를 임시 저장 공간으로 활용합니다.
3. pop이나 peek 연산 시 a에서 마지막 값이 나올 때까지 값을 빼서 b로 옮깁니다.

구현 코드

from queue import Queue

class MyQueue:
    def __init__(self):
        self.a, self.b = [], []
        return

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

    def pop(self) -> int:
        while (len(self.a) > 1):
            self.b.append(self.a.pop())
        res = self.a.pop()
        while (len(self.b) > 0):
            self.a.append(self.b.pop())

        return res

    def peek(self) -> int:
        while (len(self.a) > 1):
            self.b.append(self.a.pop())
        res = self.a.pop()
        self.a.append(res)
        while (len(self.b) > 0):
            self.a.append(self.b.pop())

        return res

    def empty(self) -> bool:
        return len(self.a) == 0

책에 있는 풀이

참고

원본 코드는 여기에서 확인하실 수 있습니다.

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풀이 2

접근법

1. input용 스택, output용 스택을 따로 관리합니다.
2. peek 연산이 output스택을 모두 준비시키고 마지막 인덱스 값을 조회하도록 관리합니다.
3. peek 연산에서 output이 비었을 경우 채우기 위해 $O(n)$ 이 걸리지만, 한 번 output 배열을 채워두면 이후 n개의 원소에 대해서는 $O(1)$로 pop, peek이 가능하기 때문에, 분할 상환 분석에 따른 시간복잡도는 $O(1)$ 입니다.

구현 코드

class MyQueue:
    def __init__(self):
        self.input = []
        self.output = []

    def push(self, x):
        self.input.append(x)

    def pop(self):
        self.peek()
        return self.output.pop()

    def peek(self):
        # output이 없으면 모두 재입력
        if not self.output:
            while self.input:
                self.output.append(self.input.pop())
        return self.output[-1]

    def empty(self):
        return self.input == [] and self.output == []