Data Structure and Algorithms Guidebook

数据结构与算法完全知识体系

最小栈

设计一个支持 push ,pop ,top 操作,并能在常数时间内检索到最小元素的栈。

  • push(x) —— 将元素 x 推入栈中。
  • pop() —— 删除栈顶的元素。
  • top() —— 获取栈顶元素。
  • getMin() —— 检索栈中的最小元素。

示例:

输入:
["MinStack","push","push","push","getMin","pop","top","getMin"]
[[],[-2],[0],[-3],[],[],[],[]]
输出:
[null,null,null,null,-3,null,0,-2]
解释:
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.

提示:

  • poptopgetMin 操作总是在 非空栈 上调用。

解题思路

辅助栈

思路

要做出这道题目,首先要理解栈结构先进后出的性质。

对于栈来说,如果一个元素 a 在入栈时,栈里有其它的元素 b, c, d,那么无论这个栈在之后经历了什么操作,只要 a 在栈中,b, c, d 就一定在栈中,因为在 a 被弹出之前,b, c, d 不会被弹出。

因此,在操作过程中的任意一个时刻,只要栈顶的元素是 a,那么我们就可以确定栈里面现在的元素一定是 a, b, c, d

那么,我们可以在每个元素 a 入栈时把当前栈的最小值 m 存储起来。在这之后无论何时,如果栈顶元素是 a,我们就可以直接返回存储的最小值 m

算法

按照上面的思路,我们只需要设计一个数据结构,使得每个元素 a 与其相应的最小值 m 时刻保持一一对应。因此我们可以使用一个辅助栈,与元素栈同步插入与删除,用于存储与每个元素对应的最小值。

  • 当一个元素要入栈时,我们取当前辅助栈的栈顶存储的最小值,与当前元素比较得出最小值,将这个最小值插入辅助栈中;
  • 当一个元素要出栈时,我们把辅助栈的栈顶元素也一并弹出;
  • 在任意一个时刻,栈内元素的最小值就存储在辅助栈的栈顶元素中。
最小栈-辅助栈
const MinStack = function() {
this.stack = [];
this.minStack = [Infinity];
};
MinStack.prototype.push = function(value) {
this, stack.push(value);
this.minStack.push(Math.min(this.minStack[this.minStack.length - 1], value));
};
MinStack.prototype.pop = function() {
this.stack.pop();
this.minStack.pop();
};
MinStack.prototype.top = function() {
return this.stack[this.stack.length - 1];
};
MinStack.prototype.getMin = function() {
return this.minStack[this.minStack.length - 1];
};

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(1),压栈、出栈,获取最小值的时间复杂度都为 O(1)
  • 空间复杂度:O(N),包含 N 个元素辅助栈占用线性大小的额外空间