спроектировать стек таким образом, чтобы getMinimum () был равен O (1)

Question

Это один из вопросов интервью. Вам необходимо спроектировать стек, содержащий целочисленное значение, чтобы функция getMinimum () возвращала минимальный элемент в стеке.

Например: рассмотрим приведенный ниже пример

case #1

5  --> TOP
1
4
6
2

When getMinimum() is called it should return 1, which is the minimum element 
in the stack. 

case #2

stack.pop()
stack.pop()

Note: Both 5 and 1 are poped out of the stack. So after this, the stack
looks like,

4  --> TOP
6
2

When getMinimum() is called is should return 2 which is the minimum in the 
stack.

Constriants:

1. getMinimum должен возвращать минимальное значение в O (1)
2. При проектировании также необходимо учитывать ограничение пространства, и если вы используете дополнительное пространство, оно должно иметь постоянное пространство.

Answer 1

Мы можем сделать это за O (n) времени и O (1) сложности пространства, например:

class MinStackOptimized:
  def __init__(self):
      self.stack = []
      self.min = None

  def push(self, x): 
      if not self.stack:
          # stack is empty therefore directly add
          self.stack.append(x)
          self.min = x 
      else:
          """
          Directly add (x-self.min) to the stack. This also ensures anytime we have a 
          negative number on the stack is when x was less than existing minimum
          recorded thus far.
          """
          self.stack.append(x-self.min)
          if x < self.min:
              # Update x to new min
              self.min = x 

  def pop(self):
      x = self.stack.pop()
      if x < 0:
          """ 
          if popped element was negative therefore this was the minimum
          element, whose actual value is in self.min but stored value is what
          contributes to get the next min. (this is one of the trick we use to ensure
          we are able to get old minimum once current minimum gets popped proof is given
          below in pop method), value stored during push was:
          (x - self.old_min) and self.min = x therefore we need to backtrack
          these steps self.min(current) - stack_value(x) actually implies to
              x (self.min) - (x - self.old_min)
          which therefore gives old_min back and therefore can now be set
          back as current self.min.
          """
          self.min = self.min - x 

  def top(self):
      x = self.stack[-1]
      if x < 0:
          """ 
          As discussed above anytime there is a negative value on stack, this
          is the min value so far and therefore actual value is in self.min,
          current stack value is just for getting the next min at the time
          this gets popped.
          """
          return self.min
      else:
          """ 
          if top element of the stack was positive then it's simple, it was
          not the minimum at the time of pushing it and therefore what we did
          was x(actual) - self.min(min element at current stage) let's say `y`
          therefore we just need to reverse the process to get the actual
          value. Therefore self.min + y, which would translate to
              self.min + x(actual) - self.min, thereby giving x(actual) back
          as desired.
          """
          return x + self.min

  def getMin(self):
      # Always self.min variable holds the minimum so for so easy peezy.
      return self.min

Answer 2

Вот реализация на С ++ Jon Skeets Ответ Возможно, это не самый оптимальный способ его реализации, но он делает именно то, что должен.

class Stack {
private:
    struct stack_node {
        int val;
        stack_node *next;
    };
    stack_node *top;
    stack_node *min_top;
public:
    Stack() {
        top = nullptr;
        min_top = nullptr;
    }    
    void push(int num) {
        stack_node *new_node = nullptr;
        new_node = new stack_node;
        new_node->val = num;

        if (is_empty()) {
            top = new_node;
            new_node->next = nullptr;

            min_top = new_node;
            new_node->next = nullptr;
        } else {
            new_node->next = top;
            top = new_node;

            if (new_node->val <= min_top->val) {
                new_node->next = min_top;
                min_top = new_node;
            }
        }
    }

    void pop(int &num) {
        stack_node *tmp_node = nullptr;
        stack_node *min_tmp = nullptr;

        if (is_empty()) {
            std::cout << "It's empty\n";
        } else {
            num = top->val;
            if (top->val == min_top->val) {
                min_tmp = min_top->next;
                delete min_top;
                min_top = min_tmp;
            }
            tmp_node = top->next;
            delete top;
            top = tmp_node;
        }
    }

    bool is_empty() const {
        return !top;
    }

    void get_min(int &item) {
        item = min_top->val;
    }
};

А вот и драйвер для класса

int main() {
    int pop, min_el;
    Stack my_stack;

    my_stack.push(4);
    my_stack.push(6);
    my_stack.push(88);
    my_stack.push(1);
    my_stack.push(234);
    my_stack.push(2);

    my_stack.get_min(min_el);
    cout << "Min: " << min_el << endl;

    my_stack.pop(pop);
    cout << "Popped stock element: " << pop << endl;

    my_stack.pop(pop);
    cout << "Popped stock element: " << pop << endl;

    my_stack.pop(pop);
    cout << "Popped stock element: " << pop << endl;

    my_stack.get_min(min_el);
    cout << "Min: " << min_el << endl;

    return 0;
}

Выход:

Min: 1
Popped stock element: 2
Popped stock element: 234
Popped stock element: 1
Min: 4

Answer 3

Практическая реализация для поиска минимума в стеке пользовательского объекта, по имени: школа

Стек будет хранить Школы в Стеке на основе ранга, присвоенного школе в определенном регионе, например, findMin () дает Школе, где мы получаем максимальное количество заявок на Прием, которое в свою очередь определяется компаратором, который использует ранг, связанный со школами в предыдущем сезоне.

The Code for same is below:


   package com.practical;

import java.util.Collections;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Stack;

public class CognitaStack {

    public School findMin(Stack<School> stack, Stack<School> minStack) {

        if (!stack.empty() && !minStack.isEmpty())
            return (School) minStack.peek();
        return null;
    }

    public School removeSchool(Stack<School> stack, Stack<School> minStack) {

        if (stack.isEmpty())
            return null;
        School temp = stack.peek();
        if (temp != null) {
            // if(temp.compare(stack.peek(), minStack.peek())<0){
            stack.pop();
            minStack.pop();
            // }

            // stack.pop();
        }
        return stack.peek();
    }

    public static void main(String args[]) {

        Stack<School> stack = new Stack<School>();
        Stack<School> minStack = new Stack<School>();

        List<School> lst = new LinkedList<School>();

        School s1 = new School("Polam School", "London", 3);
        School s2 = new School("AKELEY WOOD SENIOR SCHOOL", "BUCKINGHAM", 4);
        School s3 = new School("QUINTON HOUSE SCHOOL", "NORTHAMPTON", 2);
        School s4 = new School("OAKLEIGH HOUSE SCHOOL", " SWANSEA", 5);
        School s5 = new School("OAKLEIGH-OAK HIGH SCHOOL", "Devon", 1);
        School s6 = new School("BritishInter2", "Devon", 7);

        lst.add(s1);
        lst.add(s2);
        lst.add(s3);
        lst.add(s4);
        lst.add(s5);
        lst.add(s6);

        Iterator<School> itr = lst.iterator();
        while (itr.hasNext()) {
            School temp = itr.next();
            if ((minStack.isEmpty()) || (temp.compare(temp, minStack.peek()) < 0)) { // minStack.peek().equals(temp)
                stack.push(temp);
                minStack.push(temp);
            } else {
                minStack.push(minStack.peek());
                stack.push(temp);
            }

        }

        CognitaStack cogStack = new CognitaStack();
        System.out.println(" Minimum in Stack is " + cogStack.findMin(stack, minStack).name);
        cogStack.removeSchool(stack, minStack);
        cogStack.removeSchool(stack, minStack);

        System.out.println(" Minimum in Stack is "
                + ((cogStack.findMin(stack, minStack) != null) ? cogStack.findMin(stack, minStack).name : "Empty"));
    }

}

Также школьный объект выглядит следующим образом:

package com.practical;

import java.util.Comparator;

public class School implements Comparator<School> {

    String name;
    String location;
    int rank;

    public School(String name, String location, int rank) {
        super();
        this.name = name;
        this.location = location;
        this.rank = rank;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + ((location == null) ? 0 : location.hashCode());
        result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
        result = prime * result + rank;
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj == null)
            return false;
        if (getClass() != obj.getClass())
            return false;
        School other = (School) obj;
        if (location == null) {
            if (other.location != null)
                return false;
        } else if (!location.equals(other.location))
            return false;
        if (name == null) {
            if (other.name != null)
                return false;
        } else if (!name.equals(other.name))
            return false;
        if (rank != other.rank)
            return false;
        return true;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getLocation() {
        return location;
    }

    public void setLocation(String location) {
        this.location = location;
    }

    public int getRank() {
        return rank;
    }

    public void setRank(int rank) {
        this.rank = rank;
    }

    public int compare(School o1, School o2) {
        // TODO Auto-generated method stub
        return o1.rank - o2.rank;
    }

}

class SchoolComparator implements Comparator<School> {

    public int compare(School o1, School o2) {
        return o1.rank - o2.rank;
    }

}

Этот пример охватывает следующее: 1. Реализация стека для пользовательских объектов, здесь, школа 2. Реализация метода hashcode () и equals () с использованием всех полей сравниваемых объектов. 3. Практическая реализация сценария, в котором мы хотим получить стек, содержащий операцию в порядке O (1)

.

Answer 4

    **The task can be acheived by creating two stacks:**



import java.util.Stack;
    /*
     * 
     * Find min in stack using O(n) Space Complexity
     */
    public class DeleteMinFromStack {

        void createStack(Stack<Integer> primary, Stack<Integer> minStack, int[] arr) {
    /* Create main Stack and in parallel create the stack which contains the minimum seen so far while creating main Stack */
            primary.push(arr[0]);
            minStack.push(arr[0]);

            for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
                primary.push(arr[i]);
                if (arr[i] <= minStack.peek())// Condition to check to push the value in minimum stack only when this urrent value is less than value seen at top of this stack */
                    minStack.push(arr[i]);
            }

        }

        int findMin(Stack<Integer> secStack) {
            return secStack.peek();
        }

        public static void main(String args[]) {

            Stack<Integer> primaryStack = new Stack<Integer>();
            Stack<Integer> minStack = new Stack<Integer>();

            DeleteMinFromStack deleteMinFromStack = new DeleteMinFromStack();

            int[] arr = { 5, 5, 6, 8, 13, 1, 11, 6, 12 };
            deleteMinFromStack.createStack(primaryStack, minStack, arr);
            int mimElement = deleteMinFromStack.findMin(primaryStack, minStack);
    /** This check for algorithm when the main Stack Shrinks by size say i as in loop below */
            for (int i = 0; i < 2; i++) {
                primaryStack.pop();
            }

            System.out.println(" Minimum element is " + mimElement);
        }

    }
/*
here in have tried to add for loop wherin the main tack can be shrinked/expaned so we can check the algorithm */

Answer 5

Вот мой код, который работает с O (1). Здесь я использовал векторную пару, которая содержит значение, которое выдвинуто, а также содержит минимальное значение до этого значения.

Вот моя версия реализации C ++.

vector<pair<int,int> >A;
int sz=0; // to keep track of the size of vector

class MinStack
{
public:
    MinStack()
    {
        A.clear();
        sz=0;
    }

    void push(int x)
    {
        int mn=(sz==0)?x: min(A[sz-1].second,x); //find the minimum value upto this pushed value
        A.push_back(make_pair(x,mn));
        sz++; // increment the size
    }

    void pop()
    {
        if(sz==0) return;
        A.pop_back(); // pop the last inserted element
        sz--;  // decrement size
    }

    int top()
    {
        if(sz==0)   return -1;  // if stack empty return -1
        return A[sz-1].first;  // return the top element
    }

    int getMin()
    {
        if(sz==0) return -1;
        return A[sz-1].second; // return the minimum value at sz-1 
    }
};

Answer 6

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Linq;

namespace Solution 
{
    public class MinStack
    {
        public MinStack()
        {
            MainStack=new Stack<int>();
            Min=new Stack<int>();
        }

        static Stack<int> MainStack;
        static Stack<int> Min;

        public void Push(int item)
        {
            MainStack.Push(item);

            if(Min.Count==0 || item<Min.Peek())
                Min.Push(item);
        }

        public void Pop()
        {
            if(Min.Peek()==MainStack.Peek())
                Min.Pop();
            MainStack.Pop();
        }
        public int Peek()
        {
            return MainStack.Peek();
        }

        public int GetMin()
        {
            if(Min.Count==0)
                throw new System.InvalidOperationException("Stack Empty"); 
            return Min.Peek();
        }
    }
}

Answer 7

Я думаю, что только операция толчка страдает, достаточно. Моя реализация включает в себя стек узлов. Каждый узел содержит элемент данных, а также минимум на тот момент. Этот минимум обновляется каждый раз, когда выполняется операция нажатия.

Вот несколько моментов для понимания:

• Я реализовал стек, используя Linked List.

• Верх указателя всегда указывает на последний нажатый элемент. Если в стеке нет ни одного предмета, вершина равна NULL.

• Когда элемент выдвигается, выделяется новый узел, который имеет следующий указатель, который указывает на предыдущий стек, а вершина обновляется для указания на этот новый узел.

Единственное отличие от обычной реализации стека состоит в том, что во время push он обновляет элемент min для нового узла.

Пожалуйста, ознакомьтесь с кодом, который реализован на C ++ для демонстрационных целей.

/*
 *  Implementation of Stack that can give minimum in O(1) time all the time
 *  This solution uses same data structure for minimum variable, it could be implemented using pointers but that will be more space consuming
 */

#include <iostream>
using namespace std;

typedef struct stackLLNodeType stackLLNode;

struct stackLLNodeType {
    int item;
    int min;
    stackLLNode *next;
};

class DynamicStack {
private:
    int stackSize;
    stackLLNode *top;

public:
    DynamicStack();
    ~DynamicStack();
    void push(int x);
    int pop();
    int getMin();
    int size() { return stackSize; }
};

void pushOperation(DynamicStack& p_stackObj, int item);
void popOperation(DynamicStack& p_stackObj);

int main () {
    DynamicStack stackObj;

    pushOperation(stackObj, 3);
    pushOperation(stackObj, 1);
    pushOperation(stackObj, 2);
    popOperation(stackObj);
    popOperation(stackObj);
    popOperation(stackObj);
    popOperation(stackObj);
    pushOperation(stackObj, 4);
    pushOperation(stackObj, 7);
    pushOperation(stackObj, 6);
    popOperation(stackObj);
    popOperation(stackObj);
    popOperation(stackObj);
    popOperation(stackObj);

    return 0;
}

DynamicStack::DynamicStack() {
    // initialization
    stackSize = 0;
    top = NULL;
}

DynamicStack::~DynamicStack() {
    stackLLNode* tmp;
    // chain memory deallocation to avoid memory leak
    while (top) {
        tmp = top;
        top = top->next;
        delete tmp;
    }
}

void DynamicStack::push(int x) {
    // allocate memory for new node assign to top
    if (top==NULL) {
        top = new stackLLNode;
        top->item = x;
        top->next = NULL;
        top->min = top->item;
    }
    else {
        // allocation of memory
        stackLLNode *tmp = new stackLLNode;
        // assign the new item
        tmp->item = x;
        tmp->next = top;

        // store the minimum so that it does not get lost after pop operation of later minimum
        if (x < top->min)
            tmp->min = x;
        else
            tmp->min = top->min;

        // update top to new node
        top = tmp;
    }
    stackSize++;
}

int DynamicStack::pop() {
    // check if stack is empty
    if (top == NULL)
        return -1;

    stackLLNode* tmp = top;
    int curItem = top->item;
    top = top->next;
    delete tmp;
    stackSize--;
    return curItem;
}

int DynamicStack::getMin() {
    if (top == NULL)
        return -1;
    return top->min;
}
void pushOperation(DynamicStack& p_stackObj, int item) {
    cout<<"Just pushed: "<<item<<endl;
    p_stackObj.push(item);
    cout<<"Current stack min: "<<p_stackObj.getMin()<<endl;
    cout<<"Current stack size: "<<p_stackObj.size()<<endl<<endl;
}

void popOperation(DynamicStack& p_stackObj) {
    int popItem = -1;
    if ((popItem = p_stackObj.pop()) == -1 )
        cout<<"Cannot pop. Stack is empty."<<endl;
    else {
        cout<<"Just popped: "<<popItem<<endl;
        if (p_stackObj.getMin() == -1)
            cout<<"No minimum. Stack is empty."<<endl;
        else
            cout<<"Current stack min: "<<p_stackObj.getMin()<<endl;
        cout<<"Current stack size: "<<p_stackObj.size()<<endl<<endl;
    }
}

И вывод программы выглядит так:

Just pushed: 3
Current stack min: 3
Current stack size: 1

Just pushed: 1
Current stack min: 1
Current stack size: 2

Just pushed: 2
Current stack min: 1
Current stack size: 3

Just popped: 2
Current stack min: 1
Current stack size: 2

Just popped: 1
Current stack min: 3
Current stack size: 1

Just popped: 3
No minimum. Stack is empty.
Current stack size: 0

Cannot pop. Stack is empty.
Just pushed: 4
Current stack min: 4
Current stack size: 1

Just pushed: 7
Current stack min: 4
Current stack size: 2

Just pushed: 6
Current stack min: 4
Current stack size: 3

Just popped: 6
Current stack min: 4
Current stack size: 2

Just popped: 7
Current stack min: 4
Current stack size: 1

Just popped: 4
No minimum. Stack is empty.
Current stack size: 0

Cannot pop. Stack is empty.

Answer 8

public interface IMinStack<T extends Comparable<T>> {
  public void push(T val);
  public T pop();
  public T minValue();
  public int size();
}

---

import java.util.Stack;

public class MinStack<T extends Comparable<T>> implements IMinStack<T> {
  private Stack<T> stack = new Stack<T>();
  private Stack<T> minStack = new Stack<T>();

  @Override
  public void push(T val) {
    stack.push(val);
    if (minStack.isEmpty() || val.compareTo(minStack.peek()) < 0)
        minStack.push(val);
  }

  @Override
  public T pop() {
    T val = stack.pop();
    if ((false == minStack.isEmpty())
            && val.compareTo(minStack.peek()) == 0)
        minStack.pop();
    return val;
  }

  @Override
  public T minValue() {
    return minStack.peek();
  }

  @Override
  public int size() {
    return stack.size();
  }
}

Answer 9

Чтобы получить элементы из стека. Мы должны использовать два стека .i.e стека s1 и стека s2.

1. Изначально оба стека пусты, поэтому добавьте элементы в оба стека

--------------------- Рекурсивно вызовите шаги со 2 по 4 -------------------- ---

2. , если в стек добавлен новый элемент s1.После этого элементы из стека s2

3. сравнить новые элементы с s2. какой из них меньше, нажмите на s2.

4. извлечение из стека s2 (который содержит элемент min)

Код выглядит так:

package Stack;
import java.util.Stack;
public class  getMin 
{  

        Stack<Integer> s1= new Stack<Integer>();
        Stack<Integer> s2 = new Stack<Integer>();

        void push(int x)
        {
            if(s1.isEmpty() || s2.isEmpty())

            {
                 s1.push(x);
                 s2.push(x);
            }
            else
            {

               s1. push(x);
                int y = (Integer) s2.pop();
                s2.push(y);
                if(x < y)
                    s2.push(x);
                        }
        }
        public Integer pop()
        {
            int x;
            x=(Integer) s1.pop();
            s2.pop();
            return x;

        }
    public  int getmin()
        {
            int x1;
            x1= (Integer)s2.pop();
            s2.push(x1);
            return x1;
        }

    public static void main(String[] args) {
        getMin s = new getMin();
            s.push(10);
            s.push(20);
            s.push(30);
            System.out.println(s.getmin());
            s.push(1);
            System.out.println(s.getmin());
        }

}

Answer 10

struct Node {
    let data: Int
    init(_ d:Int){
        data = d
    }
}

struct Stack {
    private var backingStore = [Node]()
    private var minArray = [Int]()

    mutating func push(n:Node) {
        backingStore.append(n)
        minArray.append(n.data)
        minArray.sort(>)
        minArray
    }

    mutating func pop() -> Node? {
        if(backingStore.isEmpty){
            return nil
        }

        let n = backingStore.removeLast()

        var found = false
        minArray = minArray.filter{
            if (!found && $0 == n.data) {
                found = true
                return false
            }
            return true
        }
        return n
    }

    func min() -> Int? {
        return minArray.last
    }
}