C语言之包含min函数的栈实例详解

Kara ·

更新时间:2024-11-13

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一、题目描述

二、思路分析

三、整体代码

总结

一、题目描述

定义栈的数据结构，请在该类型中实现一个能够得到栈的最小元素的 min 函数在该栈中，调用 min、push 及 pop 的时间复杂度都是 O ( 1 ) \rm{O(1)} O(1)。

示例：

MinStack minStack = new MinStack();
minStack.push(-2);
minStack.push(0);
minStack.push(-3);
minStack.min();      --> 返回-3.
minStack.pop();
minStack.top();      --> 返回 0.
minStack.min();      --> 返回-2.

提示：各函数的调用总次数不超过 20000 次

二、思路分析

注：思路分析中的一些内容和图片参考自力扣各位前辈的题解，感谢他们的无私奉献

分析

普通栈的push()和pop()函数的复杂度为O(1)，而获取栈最小值min()函数需要遍历整个栈，复杂度为O(N)。

本题需要将min()函数复杂度降为O(1)，则可通过建立辅助栈实现。栈1用于存储所有元素，入栈 push() 函数、出栈 pop() 函数、获取栈顶 top() 函数保持正常。栈2的栈顶始终放着栈1的最小元素，这样就可以实现min()函数的O(1)复杂度。

函数设计

push(x) 函数

①栈1正常进行入栈即可

②栈2则需要注意，栈2的栈顶一定是栈1的最小元素。每次入栈时，判断栈2是否为空。若为空，则将x压入栈2。若栈2不为空，判断x与栈2的栈顶元素的大小关系，若x≤栈2的栈顶元素，则将x压入栈2。

pop()函数

①栈1正常进行出栈即可

②栈2则需要注意，栈1出栈1个元素后，栈2的栈顶元素仍然要为栈1的最小元素。每次出栈时，将出栈元素标记为y，若y等于栈2的栈顶元素，则栈2也执行出栈

top() 函数

直接返回栈1的栈顶元素即可

min() 函数

直接返回栈2的栈顶元素即可

示例：

三、整体代码

整体代码如下

#define N 20000
//创建两个栈，栈1用于正常的入栈出栈操作，栈2用于将栈1的最小元素防在栈顶
typedef struct {
    int *Stack1;
    int *Stack2;
    int top1;
    int top2;
} MinStack;
/** initialize your data structure here. */
MinStack* minStackCreate() {
    MinStack* MS=(MinStack*)malloc(sizeof(MinStack));
    MS->Stack1 = (int*)malloc(sizeof(int)*N);
    MS->Stack2 = (int*)malloc(sizeof(int)*N);
    MS->top1 = -1;
    MS->top2 = -1;
    return MS;
}
void minStackPush(MinStack* obj, int x) {
    obj->Stack1[++obj->top1] = x; //栈1正常入栈
    if(obj->top2 == -1){   //如果栈2是空的
        obj->Stack2[++obj->top2] = x; //将x也压入栈2
    }
    else{
        //如果栈2不空，同时x<=栈2的栈顶元素
        if(x <= obj->Stack2[obj->top2]){
            //将x压入栈2的栈顶
            obj->Stack2[++obj->top2] = x;
        }
    }
}
void minStackPop(MinStack* obj) {
    //保存栈1的栈顶元素，同时top1-1
    int a = obj->Stack1[obj->top1];
    obj->top1--;
    //如果栈1的栈顶元素等于栈2的栈顶元素，则将栈2的栈顶元素弹出，top2-1
    if(a==obj->Stack2[obj->top2]){
        obj->top2--;
    }
}
//正常返回栈1的栈顶元素即可
int minStackTop(MinStack* obj) {
    return obj->Stack1[obj->top1];
}
//正常返回栈2的栈顶元素即可
int minStackMin(MinStack* obj) {
    return obj->Stack2[obj->top2];
}
void minStackFree(MinStack* obj) {
    free(obj->Stack1);
    free(obj->Stack2);
    free(obj);
}
/**
 * Your MinStack struct will be instantiated and called as such:
 * MinStack* obj = minStackCreate();
 * minStackPush(obj, x);
 * minStackPop(obj);
 * int param_3 = minStackTop(obj);
 * int param_4 = minStackMin(obj);
 * minStackFree(obj);
*/

运行，验证通过