day10| 225.用队列实现栈；232.用栈实现队列

题目简述：

请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通栈的全部四种操作（push、top、pop 和 empty）。

实现 MyStack 类：

void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。
int pop() 移除并返回栈顶元素。
int top() 返回栈顶元素。
boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false 。

思路：

1. 用collections里的deque实现

2. 初始化函数构建两个队列

3. push函数利用append直接实现功能，append到queue_in队列中

4. pop函数实现步骤--首先确认非空--把queue_in所有元素（除了最后一个）依次出列放入queue_out--交换两个队列，此时out只有一个元素--把out里面的元素pop出来

5. top函数实现--首先确认非空--直接返回倒数第一个数

6. empty函数实现，直接return队列queue_in

代码如下：

from collections import deque

class MyStack:

    def __init__(self):
        """
        Python普通的Queue或SimpleQueue没有类似于peek的功能
        也无法用索引访问，在实现top的时候较为困难。

        用list可以，但是在使用pop(0)的时候时间复杂度为O(n)
        因此这里使用双向队列，我们保证只执行popleft()和append()，因为deque可以用索引访问，可以实现和peek相似的功能

        in - 存所有数据
        out - 仅在pop的时候会用到
        """
        self.queue_in = deque()
        self.queue_out = deque()

    def push(self, x: int) -> None:
        """
        直接append即可
        """
        self.queue_in.append(x)


    def pop(self) -> int:
        """
        1. 首先确认不空
        2. 因为队列的特殊性，FIFO，所以我们只有在pop()的时候才会使用queue_out
        3. 先把queue_in中的所有元素（除了最后一个），依次出列放进queue_out
        4. 交换in和out，此时out里只有一个元素
        5. 把out中的pop出来，即是原队列的最后一个
        
        tip：这不能像栈实现队列一样，因为另一个queue也是FIFO，如果执行pop()它不能像
        stack一样从另一个pop()，所以干脆in只用来存数据，pop()的时候两个进行交换
        """
        if self.empty():
            return None

        for i in range(len(self.queue_in) - 1):
            self.queue_out.append(self.queue_in.popleft())
        
        self.queue_in, self.queue_out = self.queue_out, self.queue_in    # 交换in和out，这也是为啥in只用来存
        return self.queue_out.popleft()

    def top(self) -> int:
        """
        1. 首先确认不空
        2. 我们仅有in会存放数据，所以返回第一个即可
        """
        if self.empty():
            return None
        
        return self.queue_in[-1]


    def empty(self) -> bool:
        """
        因为只有in存了数据，只要判断in是不是有数即可
        """
        return len(self.queue_in) == 0

或者在push函数中就把数据整理成后进先出的结构，代码如下：

class MyStack:

    def __init__(self):
        """
        Initialize your data structure here.
        """
        self.queue1 = collections.deque()
        self.queue2 = collections.deque()


    def push(self, x: int) -> None:
        """
        Push element x onto stack.
        """
        self.queue2.append(x)
        while self.queue1:
            self.queue2.append(self.queue1.popleft())
        self.queue1, self.queue2 = self.queue2, self.queue1


    def pop(self) -> int:
        """
        Removes the element on top of the stack and returns that element.
        """
        return self.queue1.popleft()


    def top(self) -> int:
        """
        Get the top element.
        """
        return self.queue1[0]


    def empty(self) -> bool:
        """
        Returns whether the stack is empty.
        """
        return not self.queue1

232. 用栈实现队列

题目简述：

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。

思路：

1. 用到两个栈，分别为输入栈，输出栈

2. 输入栈用于压入push传入的数据；输出栈用于pop和peek操作

3. 每次pop和peek时，若输出栈为空则将输入栈的全部数据依次弹出并压入输出栈，这样输出栈从栈顶往栈底的顺序就是队列从队首往队尾的顺序

代码如下：

class MyQueue(object):

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

    def push(self, x):
        self.stack1.append(x)

    def pop(self):
        if not self.stack2:
            while self.stack1:
                self.stack2.append(self.stack1.pop())
        return self.stack2.pop()

    def peek(self):
        if not self.stack2:
            while self.stack1:
                self.stack2.append(self.stack1.pop())
        return self.stack2[-1]

    def empty(self):
        return not self.stack1 and not self.stack2

总结：

1. 两个栈可以构建一个队列

2. 两个队列可以构建一个栈