progettare uno stack in modo tale che getMinimum () sia O (1)

Questa è una delle domande di un'intervista. È necessario progettare uno stack che contenga un valore intero tale che la funzione getMinimum () restituisca l'elemento minimo nello stack.

Ad esempio: considera l'esempio seguente

caso 1

5 -> TOP
1
4
6
2

Quando viene chiamato getMinimum (), dovrebbe restituire 1, che è l'elemento minimo 
nello stack. 

caso n. 2

stack.pop ()
stack.pop ()

Nota: sia 5 che 1 vengono estratti dallo stack. Quindi, dopo questo, lo stack
sembra,

4 -> TOP
6
2

Quando viene chiamato getMinimum (), dovrebbe restituire 2 che è il minimo nel file 
pila.

Constriants:

1. getMinimum dovrebbe restituire il valore minimo in O (1)
2. Anche il vincolo di spazio deve essere considerato durante la progettazione e se si utilizza spazio extra, dovrebbe essere di spazio costante.

EDIT: Questo fallisce il vincolo "spazio costante" - fondamentalmente raddoppia lo spazio richiesto. Dubito fortemente che esista una soluzione che non lo fa, senza rovinare la complessità del runtime da qualche parte (ad esempio facendo push / pop O (n)). Nota che questo non cambia la complessità dello spazio richiesto, ad esempio se hai uno stack con requisiti di spazio O (n), questo sarà ancora O (n) solo con un fattore costante diverso.

Soluzione a spazio non costante

Mantieni una pila "duplicata" di "minimo di tutti i valori inferiori nella pila". Quando apri lo stack principale, fai scoppiare anche lo stack minimo. Quando sposti lo stack principale, sposta il nuovo elemento o il valore minimo corrente, a seconda di quale dei due è inferiore. getMinimum()viene quindi implementato come just minStack.peek().

Quindi, usando il tuo esempio, avremmo:

Real stack        Min stack

5  --> TOP        1
1                 1
4                 2
6                 2
2                 2

Dopo aver fatto scoppiare due volte ottieni:

Real stack        Min stack

4                 2
6                 2
2                 2

Per favore fatemi sapere se queste informazioni non sono sufficienti. È semplice quando lo chiami, ma all'inizio potrebbe volerci un po 'di grattacapi :)

(Lo svantaggio ovviamente è che raddoppia lo spazio richiesto. Il tempo di esecuzione non ne risente in modo significativo, ovvero è sempre la stessa complessità.)

EDIT: C'è una variazione che è leggermente più complicata, ma ha uno spazio migliore in generale. Abbiamo ancora lo stack minimo, ma lo estraiamo solo quando il valore che estraiamo dallo stack principale è uguale a quello dello stack minimo. Abbiamo solo spingere la pila min quando il valore inserito nello stack principale è inferiore o uguale al valore corrente min. Ciò consente valori minimi duplicati. getMinimum()è ancora solo un'operazione di sbirciatina. Ad esempio, prendendo la versione originale e premendo di nuovo 1, avremmo:

Real stack        Min stack

1  --> TOP        1
5                 1
1                 2
4                 
6                 
2                 

Popping da quanto sopra si apre da entrambi gli stack perché 1 == 1, lasciando:

Real stack        Min stack

5  --> TOP        1
1                 2
4                 
6                 
2                 

Popping di nuovo viene visualizzato solo dallo stack principale, perché 5> 1:

Real stack        Min stack

1                 1
4                 2
6                 
2                 

Popping di nuovo fa apparire entrambe le pile perché 1 == 1:

Real stack        Min stack

4                 2
6                 
2                 

Questo finisce con la stessa complessità dello spazio nel caso peggiore (il doppio dello stack originale) ma un utilizzo dello spazio molto migliore se raramente otteniamo un "nuovo minimo o uguale".

EDIT: Ecco un'implementazione del piano malvagio di Pete. Non l'ho testato a fondo, ma penso che vada bene :)

using System.Collections.Generic;

public class FastMinStack<T>
{
    private readonly Stack<T> stack = new Stack<T>();
    // Could pass this in to the constructor
    private readonly IComparer<T> comparer = Comparer<T>.Default;

    private T currentMin;

    public T Minimum
    {
        get { return currentMin; }
    }

    public void Push(T element)
    {
        if (stack.Count == 0 ||
            comparer.Compare(element, currentMin) <= 0)
        {
            stack.Push(currentMin);
            stack.Push(element);
            currentMin = element;
        }
        else
        {
            stack.Push(element);
        }
    }

    public T Pop()
    {
        T ret = stack.Pop();
        if (comparer.Compare(ret, currentMin) == 0)
        {
            currentMin = stack.Pop();
        }
        return ret;
    }
}

Aggiungere un campo per contenere il valore minimo e aggiornarlo durante Pop () e Push (). In questo modo getMinimum () sarà O (1), ma Pop () e Push () dovranno fare un po 'più di lavoro.

Se viene estratto il valore minimo, Pop () sarà O (n), altrimenti saranno ancora entrambi O (1). Quando si ridimensiona Push () diventa O (n) secondo l'implementazione dello Stack.

Ecco una rapida implementazione

public sealed class MinStack {
    private int MinimumValue;
    private readonly Stack<int> Stack = new Stack<int>();

    public int GetMinimum() {
        if (IsEmpty) {
            throw new InvalidOperationException("Stack is empty");
        }
        return MinimumValue;
    }

    public int Pop() {
        var value = Stack.Pop();
        if (value == MinimumValue) {
            MinimumValue = Stack.Min();
        }
        return value;
    }

    public void Push(int value) {
        if (IsEmpty || value < MinimumValue) {
            MinimumValue = value;
        }
        Stack.Push(value);
    }

    private bool IsEmpty { get { return Stack.Count() == 0; } }
}

public class StackWithMin {
    int min;
    int size;
    int[] data = new int[1024];

    public void push ( int val ) {
        if ( size == 0 ) {
            data[size] = val;
            min = val;
        } else if ( val < min) {
            data[size] = 2 * val - min;
            min = val;

            assert (data[size] < min); 
        } else {
            data[size] = val;
        }

        ++size;

        // check size and grow array
    }

    public int getMin () {
        return min;
    }

    public int pop () {
        --size;

        int val = data[size];

        if ( ( size > 0 ) && ( val < min ) ) {
            int prevMin = min;
            min += min - val;
            return prevMin;
        } else {
            return val;
        }
    }

    public boolean isEmpty () {
        return size == 0;
    }

    public static void main (String...args) {
        StackWithMin stack = new StackWithMin();

        for ( String arg: args ) 
            stack.push( Integer.parseInt( arg ) );

        while ( ! stack.isEmpty() ) {
            int min = stack.getMin();
            int val = stack.pop();

            System.out.println( val + " " + min );
        }

        System.out.println();
    }

}

Memorizza il minimo corrente in modo esplicito e se il minimo cambia, invece di spingere il valore, spinge un valore con la stessa differenza dall'altro lato del nuovo minimo (se min = 7 e si preme 5, invece spinge 3 (5- | 7-5 | = 3) e imposta min su 5; se poi fai scoppiare 3 quando min è 5, vede che il valore estratto è minore di min, quindi inverte la procedura per ottenere 7 per il nuovo min, quindi restituisce il precedente min). Poiché qualsiasi valore che non causa una modifica, il minimo corrente è maggiore del minimo corrente, hai qualcosa che può essere utilizzato per distinguere tra valori che cambiano il minimo e quelli che non lo fanno.

Nelle lingue che utilizzano numeri interi a dimensione fissa, stai prendendo in prestito un po 'di spazio dalla rappresentazione dei valori, quindi potrebbe essere insufficiente e l'asserzione fallirà. Ma per il resto, è uno spazio extra costante e tutte le operazioni sono ancora O (1).

Le pile che si basano invece su elenchi concatenati hanno altri posti da cui puoi prendere in prestito un po ', ad esempio in C il bit meno significativo del puntatore successivo, o in Java il tipo degli oggetti nell'elenco collegato. Per Java questo significa che c'è più spazio utilizzato rispetto a uno stack contiguo, poiché hai l'overhead dell'oggetto per collegamento:

public class LinkedStackWithMin {
    private static class Link {
        final int value;
        final Link next;

        Link ( int value, Link next ) {
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

        int pop ( LinkedStackWithMin stack ) {
            stack.top = next;
            return value;
        }
    }

    private static class MinLink extends Link {
        MinLink ( int value, Link next ) {
            super( value, next );
        }

        int pop ( LinkedStackWithMin stack ) {
            stack.top = next;
            int prevMin = stack.min;
            stack.min = value;
            return prevMin;
        }
    }

    Link top;
    int min;

    public LinkedStackWithMin () {
    }

    public void push ( int val ) {
        if ( ( top == null ) || ( val < min ) ) {
            top = new MinLink(min, top);
            min = val;
        } else {
            top = new Link(val, top);
        }
    }

    public int pop () {
        return top.pop(this);
    }

    public int getMin () {
        return min;
    }

    public boolean isEmpty () {
        return top == null;
    }

In C, l'overhead non è presente e puoi prendere in prestito il lsb del puntatore successivo:

typedef struct _stack_link stack_with_min;

typedef struct _stack_link stack_link;

struct _stack_link {
    size_t  next;
    int     value;
};

stack_link* get_next ( stack_link* link ) 
{
    return ( stack_link * )( link -> next & ~ ( size_t ) 1 );
}

bool is_min ( stack_link* link )
{
    return ( link -> next & 1 ) ! = 0;
}

void push ( stack_with_min* stack, int value )
{
    stack_link *link = malloc ( sizeof( stack_link ) );

    link -> next = ( size_t ) stack -> next;

    if ( (stack -> next == 0) || ( value == stack -> value ) ) {
        link -> value = stack -> value;
        link -> next |= 1; // mark as min
    } else {
        link -> value = value;
    }

    stack -> next = link;
}

etc.;

Tuttavia, nessuno di questi è veramente O (1). Non richiedono più spazio nella pratica, perché sfruttano buchi nelle rappresentazioni di numeri, oggetti o puntatori in questi linguaggi. Ma una macchina teorica che usasse una rappresentazione più compatta richiederebbe in ogni caso l'aggiunta di un bit in più a quella rappresentazione.

Ho trovato una soluzione che soddisfa tutti i vincoli citati (operazioni a tempo costante) e spazio extra costante .

L'idea è di memorizzare la differenza tra il valore minimo e il numero di input e aggiornare il valore minimo se non è più il minimo.

Il codice è il seguente:

public class MinStack {
    long min;
    Stack<Long> stack;

    public MinStack(){
        stack = new Stack<>();
    }

    public void push(int x) {
        if (stack.isEmpty()) {
            stack.push(0L);
            min = x;
        } else {
            stack.push(x - min); //Could be negative if min value needs to change
            if (x < min) min = x;
        }
    }

    public int pop() {
        if (stack.isEmpty()) return;

        long pop = stack.pop();

        if (pop < 0) {
            long ret = min
            min = min - pop; //If negative, increase the min value
            return (int)ret;
        }
        return (int)(pop + min);

    }

    public int top() {
        long top = stack.peek();
        if (top < 0) {
            return (int)min;
        } else {
           return (int)(top + min);
        }
    }

    public int getMin() {
        return (int)min;
    }
}

Il merito va a: https://leetcode.com/discuss/15679/share-my-java-solution-with-only-one-stack

Bene, quali sono i vincoli di runtime di pushe pop? Se non è necessario che siano costanti, calcola semplicemente il valore minimo in queste due operazioni (rendendole O ( n )). Altrimenti, non vedo come ciò possa essere fatto con uno spazio aggiuntivo costante.

Ecco il mio codice che funziona con O (1). Il codice precedente che ho pubblicato ha avuto problemi quando viene visualizzato l'elemento minimo. Ho modificato il mio codice. Questo utilizza un altro Stack che mantiene l'elemento minimo presente nello stack sopra l'elemento attualmente inserito.

 class StackDemo
{
    int[] stk = new int[100];
    int top;
    public StackDemo()
    {
        top = -1;
    }
    public void Push(int value)
    {
        if (top == 100)
            Console.WriteLine("Stack Overflow");
        else
            stk[++top] = value;
    }
    public bool IsEmpty()
    {
        if (top == -1)
            return true;
        else
            return false;
    }
    public int Pop()
    {
        if (IsEmpty())
        {
            Console.WriteLine("Stack Underflow");
            return 0;
        }
        else
            return stk[top--];
    }
    public void Display()
    {
        for (int i = top; i >= 0; i--)
            Console.WriteLine(stk[i]);
    }
}
class MinStack : StackDemo
{
    int top;
    int[] stack = new int[100];
    StackDemo s1; int min;
    public MinStack()
    {
        top = -1;
        s1 = new StackDemo();
    }
    public void PushElement(int value)
    {
        s1.Push(value);
        if (top == 100)
            Console.WriteLine("Stack Overflow");
        if (top == -1)
        {
            stack[++top] = value;
            stack[++top] = value;   
        }
        else
        {
            //  stack[++top]=value;
            int ele = PopElement();
            stack[++top] = ele;
            int a = MininmumElement(min, value);
              stack[++top] = min;

                stack[++top] = value;
                stack[++top] = a;


        }
    }
    public int PopElement()
    {

        if (top == -1)
            return 1000;
        else
        {
            min = stack[top--];
            return stack[top--];
        }

    }
    public int PopfromStack()
    {
        if (top == -1)
            return 1000;
        else
        {
            s1.Pop();
            return PopElement();
        }
    }
    public int MininmumElement(int a,int b)
    {
        if (a > b)
            return b;
        else
            return a;
    }
    public int StackTop()
    {
        return stack[top];
    }
    public void DisplayMinStack()
    {
        for (int i = top; i >= 0; i--)
            Console.WriteLine(stack[i]);
    }
}
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        MinStack ms = new MinStack();
        ms.PushElement(15);
        ms.PushElement(2);
        ms.PushElement(1);
        ms.PushElement(13);
        ms.PushElement(5);
        ms.PushElement(21);
        Console.WriteLine("Min Stack");
        ms.DisplayMinStack();
        Console.WriteLine("Minimum Element:"+ms.StackTop());
        ms.PopfromStack();
        ms.PopfromStack();
        ms.PopfromStack();
        ms.PopfromStack();

        Console.WriteLine("Min Stack");
        ms.DisplayMinStack();
        Console.WriteLine("Minimum Element:" + ms.StackTop());
        Thread.Sleep(1000000);
    }
}

Ho usato un diverso tipo di pila. Ecco l'implementazione.

//
//  main.cpp
//  Eighth
//
//  Created by chaitanya on 4/11/13.
//  Copyright (c) 2013 cbilgika. All rights reserved.
//

#include <iostream>
#include <limits>
using namespace std;
struct stack
{
    int num;
    int minnum;
}a[100];

void push(int n,int m,int &top)
{

    top++;
    if (top>=100) {
        cout<<"Stack Full";
        cout<<endl;
    }
    else{
        a[top].num = n;
        a[top].minnum = m;
    }


}

void pop(int &top)
{
    if (top<0) {
        cout<<"Stack Empty";
        cout<<endl;
    }
    else{
       top--; 
    }


}
void print(int &top)
{
    cout<<"Stack: "<<endl;
    for (int j = 0; j<=top ; j++) {
        cout<<"("<<a[j].num<<","<<a[j].minnum<<")"<<endl;
    }
}


void get_min(int &top)
{
    if (top < 0)
    {
        cout<<"Empty Stack";
    }
    else{
        cout<<"Minimum element is: "<<a[top].minnum;
    }
    cout<<endl;
}

int main()
{

    int top = -1,min = numeric_limits<int>::min(),num;
    cout<<"Enter the list to push (-1 to stop): ";
    cin>>num;
    while (num!=-1) {
        if (top == -1) {
            min = num;
            push(num, min, top);
        }
        else{
            if (num < min) {
                min = num;
            }
            push(num, min, top);
        }
        cin>>num;
    }
    print(top);
    get_min(top);
    return 0;
}

Produzione:

Enter the list to push (-1 to stop): 5
1
4
6
2
-1
Stack: 
(5,5)
(1,1)
(4,1)
(6,1)
(2,1)
Minimum element is: 1

Provalo. Penso che risponda alla domanda. Il secondo elemento di ogni coppia fornisce il valore minimo visto quando quell'elemento è stato inserito.

Sto postando il codice completo qui per trovare min e max in un dato stack.

La complessità temporale sarà O (1) ..

package com.java.util.collection.advance.datastructure;

/**
 * 
 * @author vsinha
 *
 */
public abstract interface Stack<E> {

    /**
     * Placing a data item on the top of the stack is called pushing it
     * @param element
     * 
     */
    public abstract void push(E element);


    /**
     * Removing it from the top of the stack is called popping it
     * @return the top element
     */
    public abstract E pop();

    /**
     * Get it top element from the stack and it 
     * but the item is not removed from the stack, which remains unchanged
     * @return the top element
     */
    public abstract E peek();

    /**
     * Get the current size of the stack.
     * @return
     */
    public abstract int size();


    /**
     * Check whether stack is empty of not.
     * @return true if stack is empty, false if stack is not empty
     */
    public abstract boolean empty();



}



package com.java.util.collection.advance.datastructure;

@SuppressWarnings("hiding")
public abstract interface MinMaxStack<Integer> extends Stack<Integer> {

    public abstract int min();

    public abstract int max();

}


package com.java.util.collection.advance.datastructure;

import java.util.Arrays;

/**
 * 
 * @author vsinha
 *
 * @param <E>
 */
public class MyStack<E> implements Stack<E> {

    private E[] elements =null;
    private int size = 0;
    private int top = -1;
    private final static int DEFAULT_INTIAL_CAPACITY = 10;


    public MyStack(){
        // If you don't specify the size of stack. By default, Stack size will be 10
        this(DEFAULT_INTIAL_CAPACITY);
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public MyStack(int intialCapacity){
        if(intialCapacity <=0){
            throw new IllegalArgumentException("initial capacity can't be negative or zero");
        }
        // Can't create generic type array
        elements =(E[]) new Object[intialCapacity];
    }

    @Override
    public void push(E element) {
        ensureCapacity();
        elements[++top] = element;
        ++size;
    }

    @Override
    public E pop() {
        E element = null;
        if(!empty()) {
            element=elements[top];
            // Nullify the reference
            elements[top] =null;
            --top;
            --size;
        }
        return element;
    }

    @Override
    public E peek() {
        E element = null;
        if(!empty()) {
            element=elements[top];
        }
        return element;
    }

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

    @Override
    public boolean empty() {
        return size == 0;
    }

    /**
     * Increases the capacity of this <tt>Stack by double of its current length</tt> instance, 
     * if stack is full 
     */
    private void ensureCapacity() {
        if(size != elements.length) {
            // Don't do anything. Stack has space.
        } else{
            elements = Arrays.copyOf(elements, size *2);
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "MyStack [elements=" + Arrays.toString(elements) + ", size="
                + size + ", top=" + top + "]";
    }


}


package com.java.util.collection.advance.datastructure;

/**
 * Time complexity will be O(1) to find min and max in a given stack.
 * @author vsinha
 *
 */
public class MinMaxStackFinder extends MyStack<Integer> implements MinMaxStack<Integer> {

    private MyStack<Integer> minStack;

    private MyStack<Integer> maxStack;

    public MinMaxStackFinder (int intialCapacity){
        super(intialCapacity);
        minStack =new MyStack<Integer>();
        maxStack =new MyStack<Integer>();

    }
    public void push(Integer element) {
        // Current element is lesser or equal than min() value, Push the current element in min stack also.
        if(!minStack.empty()) {
            if(min() >= element) {
                minStack.push(element);
            }
        } else{
            minStack.push(element);
        }
        // Current element is greater or equal than max() value, Push the current element in max stack also.
        if(!maxStack.empty()) {
            if(max() <= element) {
                maxStack.push(element);
            }
        } else{
            maxStack.push(element);
        }
        super.push(element);
    }


    public Integer pop(){
        Integer curr = super.pop();
        if(curr !=null) {
            if(min() == curr) {
                minStack.pop();
            } 

            if(max() == curr){
                maxStack.pop();
            }
        }
        return curr;
    }


    @Override
    public int min() {
        return minStack.peek();
    }

    @Override
    public int max() {
        return maxStack.peek();
    }


    @Override
    public String toString() {
        return super.toString()+"\nMinMaxStackFinder [minStack=" + minStack + "\n maxStack="
                + maxStack + "]" ;
    }




}

// You can use the below program to execute it.

package com.java.util.collection.advance.datastructure;

import java.util.Random;

public class MinMaxStackFinderApp {

    public static void main(String[] args) {
        MinMaxStack<Integer> stack =new MinMaxStackFinder(10);
        Random random =new Random();
        for(int i =0; i< 10; i++){
            stack.push(random.nextInt(100));
        }
        System.out.println(stack);
        System.out.println("MAX :"+stack.max());
        System.out.println("MIN :"+stack.min());

        stack.pop();
        stack.pop();
        stack.pop();
        stack.pop();
        stack.pop();

        System.out.println(stack);
        System.out.println("MAX :"+stack.max());
        System.out.println("MIN :"+stack.min());
    }
}

Fammi sapere se stai riscontrando problemi

Grazie, Vikash

Puoi estendere la tua classe di stack originale e aggiungervi semplicemente il tracciamento minimo. Lascia che la classe genitore originale gestisca tutto il resto come al solito.

public class StackWithMin extends Stack<Integer> {  

    private Stack<Integer> min;

    public StackWithMin() {
        min = new Stack<>();
    }

    public void push(int num) {
        if (super.isEmpty()) {
            min.push(num);
        } else if (num <= min.peek()) {
            min.push(num);
        }
        super.push(num);
    }

    public int min() {
        return min.peek();
    }

    public Integer pop() {
        if (super.peek() == min.peek()) {
            min.pop();
        }
        return super.pop();
    }   
}

Ecco la mia soluzione in Java utilizzando l'elenco dei Mi piace.

class Stack{
    int min;
    Node top;
    static class Node{
        private int data;
        private Node next;
        private int min;

        Node(int data, int min){
           this.data = data;
           this.min = min;
           this.next = null; 
    }
}

  void push(int data){
        Node temp;
        if(top == null){
            temp = new Node(data,data);
            top = temp;
            top.min = data;
        }
        if(top.min > data){
            temp = new Node(data,data);
            temp.next = top;
            top = temp;
        } else {
            temp = new Node(data, top.min);
            temp.next = top;
            top = temp;
        }
  }

  void pop(){
    if(top != null){
        top = top.next;
    }
  }

  int min(){
    return top.min;
  }

}

Supponiamo che lo stack su cui lavoreremo sia questo:

6 , minvalue=2
2 , minvalue=2
5 , minvalue=3
3 , minvalue=3
9 , minvalue=7
7 , minvalue=7
8 , minvalue=8

Nella rappresentazione sopra lo stack è costruito solo dal valore di sinistra il [minvalue] del valore di destra è scritto solo a scopo illustrativo che sarà memorizzato in una variabile.

Il problema attuale è quando il valore che è il valore minimo viene rimosso a quel punto come possiamo sapere qual è il prossimo elemento minimo senza iterare sullo stack.

Come per esempio nel nostro stack quando 6 vengono spuntati, sappiamo che questo non è l'elemento minimo perché l'elemento minimo è 2, quindi possiamo rimuoverlo in sicurezza senza aggiornare il nostro valore minimo.

Ma quando inseriamo 2, possiamo vedere che il valore minimo è 2 in questo momento e se questo viene saltato fuori, dobbiamo aggiornare il valore minimo a 3.

point1:

Ora, se osservi attentamente, dobbiamo generare minvalue = 3 da questo particolare stato [2, minvalue = 2]. o se vai più depper nello stack dobbiamo generare minvalue = 7 da questo particolare stato [3, minvalue = 3] o se vai più depper nello stack, allora dobbiamo generare minvalue = 8 da questo particolare stato [7, minvalue = 7]

Hai notato qualcosa in comune in tutti i 3 casi precedenti, il valore che dobbiamo generare dipende da due variabili che sono entrambe uguali. Corretta. Perché succede perché quando spingiamo un elemento più piccolo dell'attuale minvalue, in pratica inseriamo quell'elemento nello stack e aggiornato lo stesso numero anche in minvalue.

point2:

Quindi fondamentalmente stiamo memorizzando duplicati dello stesso numero una volta nello stack e una volta nella variabile minvalue. Dobbiamo concentrarci sull'evitare questa duplicazione e memorizzare qualcosa di utile nello stack o nel minvalue per generare il minimo precedente come mostrato in CASES sopra.

Concentriamoci su cosa dovremmo memorizzare nello stack quando il valore da memorizzare in push è inferiore al minmumvalue. Chiamiamo questa variabile y, quindi ora il nostro stack avrà un aspetto simile a questo:

6 , minvalue=2
y1 , minvalue=2
5 , minvalue=3
y2 , minvalue=3
9 , minvalue=7
y3 , minvalue=7
8 , minvalue=8

Li ho rinominati come y1, y2, y3 per evitare confusione che tutti avranno lo stesso valore.

Point3:

Ora proviamo a trovare alcuni vincoli su y1, y2 e y3. Ricordi esattamente quando dobbiamo aggiornare il minvalue mentre facciamo pop (), solo quando abbiamo estratto l'elemento che è uguale al minvalue. Se inseriamo qualcosa di più grande del minvalue, non dobbiamo aggiornare minvalue. Quindi, per attivare l'aggiornamento di minvalue, y1, y2 e y3 dovrebbero essere più piccoli del valore min corrispondente. [Stiamo considerando l'uguaglianza per evitare duplicati [Point2]] quindi il vincolo è [y <minValue].

Ora torniamo a popolare y, dobbiamo generare un valore e inserire y al momento del push, ricorda. Prendiamo il valore che sta arrivando per push come x, che è minore di prevMinvalue, e il valore che effettivamente inseriremo nello stack per essere y. Quindi una cosa è ovvia che newMinValue = x e y <newMinvalue.

Ora dobbiamo calcolare y (ricorda che y può essere qualsiasi numero inferiore a newMinValue (x) quindi dobbiamo trovare un numero che possa soddisfare il nostro vincolo) con l'aiuto di prevMinvalue e x (newMinvalue).

Let's do the math:
    x < prevMinvalue [Given]
    x - prevMinvalue < 0 
    x - prevMinValue + x < 0 + x [Add x on both side]
    2*x - prevMinValue < x      
this is the y which we were looking for less than x(newMinValue).
y = 2*x - prevMinValue. 'or' y = 2*newMinValue - prevMinValue 'or' y = 2*curMinValue - prevMinValue [taking curMinValue=newMinValue].

Quindi, al momento di premere x, se è inferiore a prevMinvalue, premiamo y [2 * x-prevMinValue] e aggiorniamo newMinValue = x.

E al momento del pop se lo stack contiene qualcosa di meno di minValue, allora questo è il nostro trigger per aggiornare minVAlue. Dobbiamo calcolare prevMinValue da curMinValue e y. y = 2 * curMinValue - prevMinValue [Provato] prevMinVAlue = 2 * curMinvalue - y.

2 * curMinValue - y è il numero che dobbiamo aggiornare ora a prevMinValue.

Il codice per la stessa logica è condiviso di seguito con O (1) tempo e O (1) complessità spaziale.

// C++ program to implement a stack that supports 
// getMinimum() in O(1) time and O(1) extra space. 
#include <bits/stdc++.h> 
using namespace std; 

// A user defined stack that supports getMin() in 
// addition to push() and pop() 
struct MyStack 
{ 
    stack<int> s; 
    int minEle; 

    // Prints minimum element of MyStack 
    void getMin() 
    { 
        if (s.empty()) 
            cout << "Stack is empty\n"; 

        // variable minEle stores the minimum element 
        // in the stack. 
        else
            cout <<"Minimum Element in the stack is: "
                 << minEle << "\n"; 
    } 

    // Prints top element of MyStack 
    void peek() 
    { 
        if (s.empty()) 
        { 
            cout << "Stack is empty "; 
            return; 
        } 

        int t = s.top(); // Top element. 

        cout << "Top Most Element is: "; 

        // If t < minEle means minEle stores 
        // value of t. 
        (t < minEle)? cout << minEle: cout << t; 
    } 

    // Remove the top element from MyStack 
    void pop() 
    { 
        if (s.empty()) 
        { 
            cout << "Stack is empty\n"; 
            return; 
        } 

        cout << "Top Most Element Removed: "; 
        int t = s.top(); 
        s.pop(); 

        // Minimum will change as the minimum element 
        // of the stack is being removed. 
        if (t < minEle) 
        { 
            cout << minEle << "\n"; 
            minEle = 2*minEle - t; 
        } 

        else
            cout << t << "\n"; 
    } 

    // Removes top element from MyStack 
    void push(int x) 
    { 
        // Insert new number into the stack 
        if (s.empty()) 
        { 
            minEle = x; 
            s.push(x); 
            cout <<  "Number Inserted: " << x << "\n"; 
            return; 
        } 

        // If new number is less than minEle 
        if (x < minEle) 
        { 
            s.push(2*x - minEle); 
            minEle = x; 
        } 

        else
           s.push(x); 

        cout <<  "Number Inserted: " << x << "\n"; 
    } 
}; 

// Driver Code 
int main() 
{ 
    MyStack s; 
    s.push(3); 
    s.push(5); 
    s.getMin(); 
    s.push(2); 
    s.push(1); 
    s.getMin(); 
    s.pop(); 
    s.getMin(); 
    s.pop(); 
    s.peek(); 

    return 0; 
} 

Ecco la mia versione dell'implementazione.

 struct MyStack {
    elemento int;
    int * CurrentMiniAddress;
 };

 void Push (valore int)
 {
    // Crea la tua struttura e compila il valore
    MyStack S = nuovo MyStack ();
    S-> elemento = valore;

    if (Stack.Empty ())
    {    
        // Poiché lo stack è vuoto, punta CurrentMiniAddress su se stesso
        S-> CurrentMiniAddress = S;

    }
    altro
    {
         // Lo stack non è vuoto

         // Recupera l'elemento superiore. No Pop ()
         MyStack * TopElement = Stack.Top ();

         // Ricorda sempre l'elemento TOP punta a
         // elemento minimo in questo intero stack
         if (S-> elemento CurrentMiniAddress-> elemento)
         {
            // Se il valore corrente è il minimo dell'intero stack
            // quindi S indica se stesso
            S-> CurrentMiniAddress = S;
         }
             altro
             {
                 // Quindi questo non è il minimo dell'intero stack
                 // Nessun problema, TOP tiene l'elemento minimo
                 S-> CurrentMiniAddress = TopElement-> CurrentMiniAddress;
             }

    }
        Stack.Add (S);
 }

 void Pop ()
 {
     if (! Stack.Empty ())
     {
        Stack.Pop ();
     }  
 }

 int GetMinimum (Stack & stack)
 {
       if (! stack.Empty ())
       {
            MyStack * Top = stack.top ();
            // Top punta sempre al minimox
            ritorno Top-> CurrentMiniAddress-> elemento;
        }
 }

#include<stdio.h>
struct stack
{
    int data;
    int mindata;
}a[100];

void push(int *tos,int input)
{
    if (*tos > 100)
    {
        printf("overflow");
        return;
    }
    (*tos)++;
    a[(*tos)].data=input;
    if (0 == *tos)
        a[*tos].mindata=input;
    else if (a[*tos -1].mindata < input)
        a[*tos].mindata=a[*tos -1].mindata;
    else
        a[*tos].mindata=input;
}

int pop(int * tos)
{
    if (*tos <= -1)
    {
        printf("underflow");
        return -1;
    }
    return(a[(*tos)--].data);
}
void display(int tos)
{
    while (tos > -1)
    {
        printf("%d:%d\t",a[tos].data,a[tos].mindata);
        tos--;
    }    
}

int min(int tos)
{
   return(a[tos].mindata);
}
int main()
{
int tos=-1,x,choice;
while(1)
{
    printf("press 1-push,2-pop,3-mindata,4-display,5-exit ");
    scanf("%d",&choice);
    switch(choice)
    {
    case 1: printf("enter data to push");
            scanf("%d",&x);
            push(&tos,x);
            break;
    case 2: printf("the poped out data=%d ",pop(&tos));
            break;
    case 3: printf("The min peeped data:%d",min(tos));
            break;
    case 4: printf("The elements of stack \n");
            display(tos);
            break;
    default: exit(0);
}
}

Ho trovato questa soluzione qui

struct StackGetMin {
  void push(int x) {
    elements.push(x);
    if (minStack.empty() || x <= minStack.top())
      minStack.push(x);
  }
  bool pop() {
    if (elements.empty()) return false;
    if (elements.top() == minStack.top())
      minStack.pop();
    elements.pop();
    return true;
  }
  bool getMin(int &min) {
    if (minStack.empty()) {
      return false;
    } else {
      min = minStack.top();
      return true;
    }
  }
  stack<int> elements;
  stack<int> minStack;
};

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
    }
}

 class MyStackImplementation{
private final int capacity = 4;
int min;
int arr[] = new int[capacity];
int top = -1;

public void push ( int val ) {
top++;
if(top <= capacity-1){
    if(top == 0){
min = val;
arr[top] = val;
}
else if(val < min){
arr[top] = arr[top]+min;
min = arr[top]-min;
arr[top] = arr[top]-min;
}
else {
arr[top] = val;
}
System.out.println("element is pushed");
}
else System.out.println("stack is full");

}

 public void pop () {
top--;
   if(top > -1){ 

   min = arr[top];
}
else {min=0; System.out.println("stack is under flow");}

}
public int min(){
return min;
}

 public boolean isEmpty () {
    return top == 0;
}

public static void main(String...s){
MyStackImplementation msi = new MyStackImplementation();
msi.push(1);
msi.push(4);
msi.push(2);
msi.push(10);
System.out.println(msi.min);
msi.pop();
msi.pop();
msi.pop();
msi.pop();
msi.pop();
System.out.println(msi.min);

}
}

class FastStack {

    private static class StackNode {
        private Integer data;
        private StackNode nextMin;

        public StackNode(Integer data) {
            this.data = data;
        }

        public Integer getData() {
            return data;
        }

        public void setData(Integer data) {
            this.data = data;
        }

        public StackNode getNextMin() {
            return nextMin;
        }

        public void setNextMin(StackNode nextMin) {
            this.nextMin = nextMin;
        }

    }

    private LinkedList<StackNode> stack = new LinkedList<>();

    private StackNode currentMin = null;

    public void push(Integer item) {
        StackNode node = new StackNode(item);
        if (currentMin == null) {
            currentMin = node;
            node.setNextMin(null);
        } else if (item < currentMin.getData()) {
            StackNode oldMinNode = currentMin;
            node.setNextMin(oldMinNode);
            currentMin = node;
        }

        stack.addFirst(node);
    }

    public Integer pop() {
        if (stack.isEmpty()) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        StackNode node = stack.peek();
        if (currentMin == node) {
            currentMin = node.getNextMin();
        }
        stack.removeFirst();
        return node.getData();
    }

    public Integer getMinimum() {
        if (stack.isEmpty()) {
            throw new NoSuchElementException("Stack is empty");
        }
        return currentMin.getData();
    }
}

Ecco il mio codice che funziona con O (1). Qui ho usato una coppia vettoriale che contiene il valore che ha spinto e contiene anche il valore minimo fino a questo valore spinto.

Ecco la mia versione dell'implementazione 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 
    }
};

    **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 */

Un'implementazione pratica per trovare il minimo in una pila di oggetti progettati dall'utente, denominata: Scuola

Lo Stack memorizzerà le Scuole in Stack in base al grado assegnato a una scuola in una regione specifica, ad esempio findMin () fornisce la Scuola in cui otteniamo il numero massimo di domande di ammissione, che a sua volta deve essere definito dal comparatore che utilizza il rango associato alle scuole nella stagione precedente.

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"));
    }

}

Anche l'oggetto scuola è il seguente:

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;
    }

}

Questo esempio copre quanto segue: 1. Implementazione di Stack per oggetti definiti dall'utente, qui, Scuola 2. Implementazione per il metodo hashcode () ed equals () utilizzando tutti i campi di Oggetti da confrontare 3. Un'implementazione pratica per lo scenario in cui abbiamo rqeuire per ottenere che l'operazione Stack contiene sia nell'ordine O (1)

Ecco l'implementazione PHP di quanto spiegato nella risposta di Jon Skeet come l'implementazione della complessità dello spazio leggermente migliore per ottenere il massimo dello stack in O (1).

<?php

/**
 * An ordinary stack implementation.
 *
 * In real life we could just extend the built-in "SplStack" class.
 */
class BaseIntegerStack
{
    /**
     * Stack main storage.
     *
     * @var array
     */
    private $storage = [];

    // ------------------------------------------------------------------------
    // Public API
    // ------------------------------------------------------------------------

    /**
     * Pushes to stack.
     *
     * @param  int $value New item.
     *
     * @return bool
     */
    public function push($value)
    {
        return is_integer($value)
            ? (bool) array_push($this->storage, $value)
            : false;
    }

    /**
     * Pops an element off the stack.
     *
     * @return int
     */
    public function pop()
    {
        return array_pop($this->storage);
    }

    /**
     * See what's on top of the stack.
     *
     * @return int|bool
     */
    public function top()
    {
        return empty($this->storage)
            ? false
            : end($this->storage);
    }

    // ------------------------------------------------------------------------
    // Magic methods
    // ------------------------------------------------------------------------

    /**
     * String representation of the stack.
     *
     * @return string
     */
    public function __toString()
    {
        return implode('|', $this->storage);
    }
} // End of BaseIntegerStack class

/**
 * The stack implementation with getMax() method in O(1).
 */
class Stack extends BaseIntegerStack
{
    /**
     * Internal stack to keep track of main stack max values.
     *
     * @var BaseIntegerStack
     */
    private $maxStack;

    /**
     * Stack class constructor.
     *
     * Dependencies are injected.
     *
     * @param BaseIntegerStack $stack Internal stack.
     *
     * @return void
     */
    public function __construct(BaseIntegerStack $stack)
    {
        $this->maxStack = $stack;
    }

    // ------------------------------------------------------------------------
    // Public API
    // ------------------------------------------------------------------------

    /**
     * Prepends an item into the stack maintaining max values.
     *
     * @param  int $value New item to push to the stack.
     *
     * @return bool
     */
    public function push($value)
    {
        if ($this->isNewMax($value)) {
            $this->maxStack->push($value);
        }

        parent::push($value);
    }

    /**
     * Pops an element off the stack maintaining max values.
     *
     * @return int
     */
    public function pop()
    {
        $popped = parent::pop();

        if ($popped == $this->maxStack->top()) {
            $this->maxStack->pop();
        }

        return $popped;
    }

    /**
     * Finds the maximum of stack in O(1).
     *
     * @return int
     * @see push()
     */
    public function getMax()
    {
        return $this->maxStack->top();
    }

    // ------------------------------------------------------------------------
    // Internal helpers
    // ------------------------------------------------------------------------

    /**
     * Checks that passing value is a new stack max or not.
     *
     * @param  int $new New integer to check.
     *
     * @return boolean
     */
    private function isNewMax($new)
    {
        return empty($this->maxStack) OR $new > $this->maxStack->top();
    }

} // End of Stack class

// ------------------------------------------------------------------------
// Stack Consumption and Test
// ------------------------------------------------------------------------
$stack = new Stack(
    new BaseIntegerStack
);

$stack->push(9);
$stack->push(4);
$stack->push(237);
$stack->push(5);
$stack->push(556);
$stack->push(15);

print "Stack: $stack\n";
print "Max: {$stack->getMax()}\n\n";

print "Pop: {$stack->pop()}\n";
print "Pop: {$stack->pop()}\n\n";

print "Stack: $stack\n";
print "Max: {$stack->getMax()}\n\n";

print "Pop: {$stack->pop()}\n";
print "Pop: {$stack->pop()}\n\n";

print "Stack: $stack\n";
print "Max: {$stack->getMax()}\n";

// Here's the sample output:
//
// Stack: 9|4|237|5|556|15
// Max: 556
//
// Pop: 15
// Pop: 556
//
// Stack: 9|4|237|5
// Max: 237
//
// Pop: 5
// Pop: 237
//
// Stack: 9|4
// Max: 9

Ecco l'implementazione C ++ di Jon Skeets Answer . Potrebbe non essere il modo più ottimale per implementarlo, ma fa esattamente quello che dovrebbe.

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;
    }
};

Ed ecco il driver per la classe

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;
}

Produzione:

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

Siamo in grado di farlo in O (n) e O (1) spazio complessità, in questo modo:

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

Penso che tu possa semplicemente usare un LinkedList nella tua implementazione dello stack.

La prima volta che si inserisce un valore, si inserisce questo valore come intestazione della lista collegata.

quindi ogni volta che si preme un valore, se il nuovo valore <head.data, eseguire un'operazione di prepand (il che significa che la testina diventa il nuovo valore)

in caso contrario, eseguire un'operazione di aggiunta.

Quando crei un pop (), controlli se min == linkedlist.head.data, se sì, allora head = head.next;

Ecco il mio codice.

public class Stack {

int[] elements;
int top;
Linkedlists min;

public Stack(int n) {
    elements = new int[n];
    top = 0;
    min = new Linkedlists();
}

public void realloc(int n) {
    int[] tab = new int[n];
    for (int i = 0; i < top; i++) {
        tab[i] = elements[i];
    }

    elements = tab;
}

public void push(int x) {
    if (top == elements.length) {
        realloc(elements.length * 2);
    }
    if (top == 0) {
        min.pre(x);
    } else if (x < min.head.data) {
        min.pre(x);
    } else {
        min.app(x);
    }
    elements[top++] = x;
}

public int pop() {

    int x = elements[--top];
    if (top == 0) {

    }
    if (this.getMin() == x) {
        min.head = min.head.next;
    }
    elements[top] = 0;
    if (4 * top < elements.length) {
        realloc((elements.length + 1) / 2);
    }

    return x;
}

public void display() {
    for (Object x : elements) {
        System.out.print(x + " ");
    }

}

public int getMin() {
    if (top == 0) {
        return 0;
    }
    return this.min.head.data;
}

public static void main(String[] args) {
    Stack stack = new Stack(4);
    stack.push(2);
    stack.push(3);
    stack.push(1);
    stack.push(4);
    stack.push(5);
    stack.pop();
    stack.pop();
    stack.pop();
    stack.push(1);
    stack.pop();
    stack.pop();
    stack.pop();
    stack.push(2);
    System.out.println(stack.getMin());
    stack.display();

}

 }

public class MinStack<E>{

    private final LinkedList<E> mainStack = new LinkedList<E>();
    private final LinkedList<E> minStack = new LinkedList<E>();
    private final Comparator<E> comparator;

    public MinStack(Comparator<E> comparator) 
    {
        this.comparator = comparator;
    }

    /**
     * Pushes an element onto the stack.
     *
     *
     * @param e the element to push
     */
    public void push(E e) {
        mainStack.push(e);
        if(minStack.isEmpty())
        {
            minStack.push(e);
        }
        else if(comparator.compare(e, minStack.peek())<=0)
        {
            minStack.push(e);
        }
        else
        {
            minStack.push(minStack.peek());
        }
    }

    /**
     * Pops an element from the stack.
     *
     *
     * @throws NoSuchElementException if this stack is empty
     */
    public E pop() {
       minStack.pop();
       return  mainStack.pop();
    }

    /**
     * Returns but not remove smallest element from the stack. Return null if stack is empty.
     *
     */
    public E getMinimum()
    {
        return minStack.peek();
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("Main stack{");
        for (E e : mainStack) {         
            sb.append(e.toString()).append(",");
        }
        sb.append("}");

        sb.append(" Min stack{");
        for (E e : minStack) {          
            sb.append(e.toString()).append(",");
        }
        sb.append("}");

        sb.append(" Minimum = ").append(getMinimum());
        return sb.toString();
    }

    public static void main(String[] args) {
        MinStack<Integer> st = new MinStack<Integer>(Comparators.INTEGERS);

        st.push(2);
        Assert.assertTrue("2 is min in stack {2}", st.getMinimum().equals(2));
        System.out.println(st);

        st.push(6);
        Assert.assertTrue("2 is min in stack {2,6}", st.getMinimum().equals(2));
        System.out.println(st);

        st.push(4);
        Assert.assertTrue("2 is min in stack {2,6,4}", st.getMinimum().equals(2));
        System.out.println(st);

        st.push(1);
        Assert.assertTrue("1 is min in stack {2,6,4,1}", st.getMinimum().equals(1));
        System.out.println(st);

        st.push(5);
        Assert.assertTrue("1 is min in stack {2,6,4,1,5}", st.getMinimum().equals(1));
        System.out.println(st);

        st.pop();
        Assert.assertTrue("1 is min in stack {2,6,4,1}", st.getMinimum().equals(1));
        System.out.println(st);

        st.pop();
        Assert.assertTrue("2 is min in stack {2,6,4}", st.getMinimum().equals(2));
        System.out.println(st);

        st.pop();
        Assert.assertTrue("2 is min in stack {2,6}", st.getMinimum().equals(2));
        System.out.println(st);

        st.pop();
        Assert.assertTrue("2 is min in stack {2}", st.getMinimum().equals(2));
        System.out.println(st);

        st.pop();
        Assert.assertTrue("null is min in stack {}", st.getMinimum()==null);
        System.out.println(st);
    }
}

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();
        }
    }
}

Ho visto una soluzione brillante qui: https://www.geeksforgeeks.org/design-a-stack-that-supports-getmin-in-o1-time-and-o1-extra-space/

Di seguito è riportato il codice Python che ho scritto seguendo l'algoritmo:

class Node:
    def __init__(self, value):
        self.value = value
        self.next = None

class MinStack:
    def __init__(self):
        self.head = None
        self.min = float('inf')

    # @param x, an integer
    def push(self, x):
        if self.head == None:
            self.head = Node(x)
            self.min = x
        else:
            if x >= self.min:
                n = Node(x)
                n.next = self.head
                self.head = n
            else:
                v = 2 * x - self.min
                n = Node(v)
                n.next = self.head
                self.head = n
                self.min = x

    # @return nothing
    def pop(self):
        if self.head:
            if self.head.value < self.min:
                self.min = self.min * 2 - self.head.value
            self.head = self.head.next

    # @return an integer
    def top(self):
        if self.head:
            if self.head.value < self.min:
                self.min = self.min * 2 - self.head.value
                return self.min
            else:
                return self.head.value
        else:
            return -1

    # @return an integer
    def getMin(self):
        if self.head:
            return self.min
        else:
            return -1

Per ottenere elementi Min da Stack. Dobbiamo usare Two stack .ie Stack s1 e Stack s2.

1. Inizialmente, entrambe le pile sono vuote, quindi aggiungi elementi a entrambe le pile

--------------------- Richiama ricorsivamente i passaggi da 2 a 4 -----------------------

2. se viene aggiunto un nuovo elemento allo stack s1, quindi estrae gli elementi dallo stack s2

3. confronta i nuovi elementi con s2. quale è più piccolo, spingere a s2.

4. pop dallo stack s2 (che contiene l'elemento min)

Il codice ha questo aspetto:

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());
        }

}

Penso che solo l'operazione push soffra, è sufficiente. La mia implementazione include uno stack di nodi. Ogni nodo contiene l'elemento di dati e anche il minimo in quel momento. Questo minimo viene aggiornato ogni volta che viene eseguita un'operazione push.

Ecco alcuni punti per la comprensione:

• Ho implementato lo stack utilizzando l'elenco collegato.

• Un puntatore in alto punta sempre all'ultimo elemento inserito. Quando non ci sono elementi in quella pila, la parte superiore è NULL.

• Quando viene eseguito il push di un elemento, viene allocato un nuovo nodo che ha un puntatore successivo che punta allo stack precedente e la parte superiore viene aggiornata per puntare a questo nuovo nodo.

L'unica differenza con la normale implementazione dello stack è che durante il push aggiorna un membro min per il nuovo nodo.

Si prega di dare un'occhiata al codice implementato in C ++ a scopo dimostrativo.

/*
 *  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;
    }
}

E l'output del programma è simile a questo:

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.

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();
  }
}