這是悅樂書的第177次更新，第179篇原創

01 看題和準備

今天介紹的是LeetCode算法題中Easy級別的第36題（順位題號是155）。設計一個支持push，pop，top和在恒定時間內檢索最小元素的堆棧。

push（x） - 將元素x推入堆棧。

pop（） - 刪除堆棧頂部的元素。

top（） - 獲取頂部元素。

getMin（） - 檢索堆棧中的最小元素。

例如：

MinStack minStack = new MinStack（）;

minStack.push（-2）;

minStack.push（0）;

minStack.push（-3）;

minStack.getMin（）; - >返回-3。

minStack.pop（）;

minStack.top（）; - >返回0。

minStack.getMin（）; - >返回-2。

本次解題使用的開發工具是eclipse，jdk使用的版本是1.8，環境是win7 64位系統，使用Java語言編寫和測試。

02 第一種解法

利用整型數組和ArrayList作為棧。

入棧的時候，創建一個容量為2的數組，數組第一個元素是要入棧的元素，第二個元素是最小值，將數組添加到list中。

出棧的時候，獲取list的最後一個元素，並將其移除，此時的最小值是list最後一位元素（數組）的第二個值。

獲取棧頂，即是list中最後一位元素（數組）的第一個值。

最小值直接返回最小值即可。

class MinStack {

    private List<int[]> stack ;
    private int min ;

    public MinStack() {
        stack = new ArrayList<int[]>();
    }

    public void push(int x) {
        int[] arr = new int[2];
        arr[0] = x;
        arr[1] = stack.isEmpty() ? x : Math.min(x, min);
        min = arr[1];
        stack.add(arr);
    }

    public void pop() {
        if (!stack.isEmpty()) {
            stack.remove(stack.size()-1);
            min = stack.isEmpty() ? 0 : stack.get(stack.size()-1)[1];
        }
    }

    public int top() {
        return stack.get(stack.size()-1)[0];
    }

    public int getMin() {
        return min;
    }
}
 

03 第二種解法

此解法使用了棧本身和優先隊列兩種結構，優先隊列是為了解決最小值的問題。

入棧、出棧、棧頂這些操作都可以用棧本身的方法，而最小值則是優先隊列的頭部元素，因為優先隊列自帶排序算法，在初始化時如果不指定排序方式，則默認以自然方式排序。所以在入棧時，一並也將元素放入優先隊列中，而最小值就是隊列的頭部元素，而其他元素的順序是不是按升序依次排列的，這個還真不一定，但是如果你通過實現Comparable接口，重寫其compareTo方法，可以按照自己定義的方式來排序。

class MinStack2 {
    PriorityQueue<Integer> pQueue = new PriorityQueue<Integer>(); 
    Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();                    

    public MinStack2() {}

    public void push(int x) {
        pQueue.add(x);
        stack.push(x);
    }

    public void pop() {
        int trmp = stack.pop();
        pQueue.remove(trmp);
    }

    public int top() {
        return stack.peek();
    }

    public int getMin() {
        return pQueue.peek();
    }
}

04 第三種解法

使用兩個棧，一個作為正常的棧進行入棧、出棧、獲取棧頂操作，另外一個棧則存儲最小值，每次在第一個棧進行入棧和出棧操作時，都要進行判斷，對第二個棧中的最小值進行相應的操作。

class MinStack3 {
    private Stack<Integer> s1 = new Stack<>();
    private Stack<Integer> s2 = new Stack<>();

    public MinStack3() {}

    public void push(int x) {
        s1.push(x);
        if (s2.isEmpty() || s2.peek() >= x) {
            s2.push(x);
        }
    }

    public void pop() {
        int x = s1.pop();
        if (s2.peek() == x) s2.pop();
    }

    public int top() {
        return s1.peek();
    }

    public int getMin() {
        return s2.peek();
    }
}

05 第四種解法

較之第三種解法，此解法只使用了一個棧來完成入棧、出棧、獲取棧頂和最小值的全部操作。

入棧時，如果新入棧的元素比最小值小，那麽要將舊的最小值入棧，並且新的最小值是此時新入棧的元素，最後再將新元素入棧。

出棧時，如果要移除的元素正好是當前最小值，那麽就需要再出棧一次，並且最小值等於第二次出棧要移除的值，因為入棧時是會將舊的最小值添加進去的，所以出棧時要做此判斷。

class MinStack4 {
    int min = Integer.MAX_VALUE;
    Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();

    public void push(int x) {
        if(x <= min){          
            stack.push(min);
            min = x;
        }
        stack.push(x);
    }

    public void pop() {
        if(stack.pop() == min) {
            min=stack.pop();
        }
    }

    public int top() {
        return stack.peek();
    }

    public int getMin() {
        return min;
    }
}

06 小結

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LeetCode算法題-Min Stack（Java實現）