Leetcode题目155.最小栈（简单）

题目描述：

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:
 
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.

思路解析：

这道题的思想很简单：“以空间换时间”，使用辅助栈是常见的做法。

思路分析：
在代码实现的时候有两种方式：

1、辅助栈和数据栈同步

特点：编码简单，不用考虑一些边界情况，就有一点不好：辅助栈可能会存一些“不必要”的元素。（因为getMin要获取最小的元素，则当待入栈元素大于辅助栈栈顶元素值时，会再次入栈当前辅助栈的栈顶元素，因为最小值没有变化）

2、辅助栈和数据栈不同步

特点：由“辅助栈和数据栈同步”的思想，我们知道，当数据栈进来的数越来越大的时候，我们要在辅助栈顶放置和当前辅助栈顶一样的元素，这样做有点“浪费”。基于这一点，我们做一些“优化”，但是在编码上就要注意一些边界条件。

（1）辅助栈为空的时候，必须放入新进来的数；

（2）新来的数小于或者等于辅助栈栈顶元素的时候，才放入，特别注意这里“等于”要考虑进去，因为出栈的时候，连续的、相等的并且是最小值的元素要同步出栈；

（3）出栈的时候，辅助栈的栈顶元素等于数据栈的栈顶元素，才出栈。

总结一下：出栈时，最小值出栈才同步；入栈时，最小值入栈才同步。

对比：个人觉得“同步栈”的方式更好一些，因为思路清楚，因为所有操作都同步进行，所以调试代码、定位问题也简单。“不同步栈”，虽然减少了一些空间，但是在“出栈”、“入栈”的时候还要做判断，也有性能上的消耗。

代码实现：

一、数据栈和辅助栈同步

class MinStack {
 
    /** initialize your data structure here. */
    // 数据栈
    private Stack<Integer> data;
    // 辅助栈
    private Stack<Integer> helper;
 
    //构造函数初始化两个栈
    public MinStack() {
        data = new Stack<>();
        helper = new Stack<>();
    }
 
    public void push(int x) {
        data.add(x);
        if (helper.isEmpty() || helper.peek() >= x) {
            helper.add(x);
        } else {
            //辅助栈会加入一些"多余的元素"
            helper.add(helper.peek());
        }
    }
 
    public void pop() {
        //注意辅助栈和数据栈要同步出栈,因为数据栈和辅助栈是同步出入栈（虽然元素可能不一样，但栈内数量是一致的）
        if (!data.isEmpty()) {
            data.pop();
            helper.pop();
        }
    }
 
    public int top() {
        if (!data.isEmpty()) {
            return data.peek();
        } else {
            throw new RuntimeException("数据栈内没有数据了");
        }
    }
 
    public int getMin() {
        if (!helper.isEmpty()) {
            return helper.peek();
        } else {
            throw new RuntimeException("栈中元素为空，此操作非法");
        }
    }
}
 
/**
 * Your MinStack object will be instantiated and called as such:
 * MinStack obj = new MinStack();
 * obj.push(x);
 * obj.pop();
 * int param_3 = obj.top();
 * int param_4 = obj.getMin();
 */

二、数据栈和辅助栈不同步

class MinStack {
 
    // 数据栈
    private Stack<Integer> data;
    // 辅助栈
    private Stack<Integer> helper;
 
    //构造函数初始化两个栈
    public MinStack() {
        data = new Stack<>();
        helper = new Stack<>();
    }
 
    public void push(int x) {
 
        //数据栈一定要入
        data.add(x);
        //只有当新元素为新的最小值时，才会入辅助栈
        if (helper.isEmpty() || helper.peek() >= x) {
            helper.add(x);
        }
    }
 
    public void pop() {
 
        //数据栈一定要出
        if (!data.isEmpty()) {
            //只有当辅助栈的栈顶元素和出栈元素相同时，辅助栈才出栈
            int top = data.pop();
            if (top == helper.peek()) {
                helper.pop();
            }
        }
 
    }
 
    public int top() {
        if (!data.isEmpty()) {
            return data.peek();
        } else {
            throw new RuntimeException("数据栈内没有数据了");
        }
    }
 
    public int getMin() {
        if (!helper.isEmpty()) {
            return helper.peek();
        } else {
            throw new RuntimeException("栈中元素为空，此操作非法");
        }
    }
}
 
/**
 * Your MinStack object will be instantiated and called as such:
 * MinStack obj = new MinStack();
 * obj.push(x);
 * obj.pop();
 * int param_3 = obj.top();
 * int param_4 = obj.getMin();
 */

时间复杂度：O(1)，“出栈”、“入栈”、“查看栈顶元素”的操作不论数据规模多大，都只有有限个步骤，因此时间复杂度是：O(1)。
空间复杂度：O(N)，这里 N 是读出的数据的个数。