การใช้กองซ้อนโดยใช้สองคิวคืออะไร

ฉันมีคำถามทำการบ้านต่อไปนี้:

ใช้วิธีการซ้อน (x) และ pop () โดยใช้สองคิว

ดูเหมือนว่าจะแปลกสำหรับฉันเพราะ:

• Stack คือคิว (LIFO)
• ฉันไม่เห็นว่าทำไมคุณต้องใช้สองคิวในการติดตั้ง

ฉันค้นหารอบ ๆ :

• GeeksForGeeks
• StackOverflow

และพบวิธีแก้ไขปัญหาสองสามข้อ นี่คือสิ่งที่ฉันลงเอยด้วย:

public class Stack<T> {
    LinkedList<T> q1 = new LinkedList<T>();
    LinkedList<T> q2 = new LinkedList<T>();

    public void push(T t) {
        q1.addFirst(t);
    }

    public T pop() {
        if (q1.isEmpty()) {
            throw new RuntimeException(
                "Can't pop from an empty stack!");
        }

        while(q1.size() > 1) {
            q2.addFirst( q1.removeLast() );
        }

        T popped = q1.pop();

        LinkedList<T> tempQ = q1;
        q1 = q2;
        q2 = tempQ;

        return popped;
    }
}

แต่ฉันไม่เข้าใจว่าข้อดีคืออะไรมากกว่าการใช้คิวเดียว รุ่นคิวสองดูเหมือนซับซ้อนอย่างไม่มีจุดหมาย

สมมติว่าเราเลือกที่จะให้การผลักดันให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นใน 2 (อย่างที่ฉันทำข้างต้น) pushจะยังคงเหมือนเดิมและpopจะต้องทำการวนซ้ำกับองค์ประกอบสุดท้าย ในทั้งสองกรณีpushจะเป็นO(1)และpopจะเป็นO(n); แต่รุ่นคิวเดียวจะง่ายขึ้นอย่างมาก มันควรจะต้องการเพียงหนึ่งเดียวสำหรับวง

ฉันพลาดอะไรไปรึเปล่า? ความเข้าใจใด ๆ ที่นี่จะได้รับการชื่นชม

ไม่มีข้อได้เปรียบ: นี่เป็นแบบฝึกหัดทางวิชาการอย่างแท้จริง

มากนานมาแล้วตอนที่ผมยังเป็นนักศึกษาใหม่ในวิทยาลัยผมมีการออกกำลังกายที่คล้ายกัน1 เป้าหมายคือเพื่อสอนนักเรียนถึงวิธีการใช้การเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุเพื่อใช้อัลกอริทึมแทนการเขียนวิธีแก้ปัญหาซ้ำโดยใช้forลูปกับตัวนับลูป แต่ให้รวมและนำโครงสร้างข้อมูลที่มีอยู่กลับมาใช้ใหม่เพื่อให้บรรลุเป้าหมายของคุณ

คุณจะไม่ใช้รหัสนี้ในโลกแห่งความจริงTM สิ่งที่คุณต้องนำออกไปจากแบบฝึกหัดนี้คือวิธี "คิดนอกกรอบ" และใช้รหัสซ้ำ

โปรดทราบว่าคุณควรใช้อินเตอร์เฟสjava.util.Queueในรหัสของคุณแทนที่จะใช้งานโดยตรง:

Queue<T> q1 = new LinkedList<T>();
Queue<T> q2 = new LinkedList<T>();

วิธีนี้ช่วยให้คุณสามารถใช้การใช้งานอื่น ๆ ได้Queueหากต้องการรวมถึงวิธีการซ่อน²วิธีLinkedListที่อาจเป็นไปได้ที่จิตวิญญาณของQueueอินเทอร์เฟซ ซึ่งรวมถึงget(int)และpop()(ในขณะที่รหัสของคุณรวบรวมมีข้อผิดพลาดทางตรรกะในนั้นให้ข้อ จำกัด ของการมอบหมายของคุณประกาศตัวแปรของคุณQueueแทนLinkedListจะเปิดเผยมัน) การอ่านที่เกี่ยวข้อง: การทำความเข้าใจ“ การเขียนโปรแกรมสู่อินเทอร์เฟซ”และเพราะเหตุใดอินเทอร์เฟซจึงมีประโยชน์

^{1 _{ฉันยังจำได้: แบบฝึกหัดคือการย้อนกลับสแต็กโดยใช้วิธีการเฉพาะในส่วนต่อประสานสแต็กและไม่มีวิธีการยูทิลิตี้ในjava.util.Collectionsหรือคลาสยูทิลิตี้ "คงที่เท่านั้น" วิธีการแก้ไขที่ถูกต้องเกี่ยวข้องกับการใช้โครงสร้างข้อมูลอื่นเป็นวัตถุการพักชั่วคราว: คุณต้องรู้โครงสร้างข้อมูลที่แตกต่างกันคุณสมบัติของพวกเขาและวิธีรวมเข้าด้วยกันเพื่อทำมัน นิ่งงันในชั้นเรียน CS101 ส่วนใหญ่ของฉันซึ่งไม่เคยตั้งโปรแกรมมาก่อน}}

^{2 _{วิธีการยังคงอยู่ที่นั่น แต่คุณไม่สามารถเข้าถึงได้โดยไม่ต้องใช้ casts หรือการสะท้อนกลับ ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะใช้วิธีที่ไม่ใช่คิวเหล่านั้น}}

ไม่มีข้อได้เปรียบ คุณได้รับรู้อย่างถูกต้องว่าการใช้ Queues เพื่อสร้าง Stack นำไปสู่ความซับซ้อนของเวลาที่น่ากลัว โปรแกรมเมอร์ (ไม่มีความสามารถ) ไม่เคยทำสิ่งนี้ใน "ชีวิตจริง"

แต่มันเป็นไปได้ คุณสามารถใช้สิ่งที่เป็นนามธรรมเพื่อนำไปใช้กับสิ่งอื่นและในทางกลับกัน สแต็กสามารถนำมาใช้ในแง่ของสองคิวและในทำนองเดียวกันคุณสามารถใช้คิวในแง่ของสองสแต็ค ข้อดีของแบบฝึกหัดนี้คือ:

• คุณสรุปสแต็ค
• คุณสรุปคิว
• คุณคุ้นเคยกับการคิดอัลกอริทึม
• คุณเรียนรู้อัลกอริทึมที่เกี่ยวข้องกับสแต็ก
• คุณต้องคิดถึงการแลกเปลี่ยนในอัลกอริทึม
• ด้วยการตระหนักถึงความเท่าเทียมกันของคิวและสแต็คคุณจะเชื่อมโยงหัวข้อต่าง ๆ ของหลักสูตรของคุณ
• คุณจะได้รับประสบการณ์การเขียนโปรแกรมเชิงปฏิบัติ

จริงๆแล้วนี่เป็นการออกกำลังกายที่ยอดเยี่ยม ฉันควรทำเองตอนนี้ :)

มีวัตถุประสงค์ที่แท้จริงในการสร้างคิวจากสองกอง หากคุณใช้โครงสร้างข้อมูลที่ไม่เปลี่ยนรูปแบบจากภาษาที่ใช้งานได้คุณสามารถผลักดันเข้าไปในกลุ่มรายการที่สามารถผลักดันได้และดึงจากรายการของรายการที่ปรากฏได้ ไอเท็ม poppable จะถูกสร้างขึ้นเมื่อไอเท็มทั้งหมดถูกดึงออกมาและสแต็กที่ poppable ใหม่คือการย้อนกลับของสแต็กที่พุชได้ มันมีประสิทธิภาพ

สำหรับสแต็กที่ทำจากสองคิว? ซึ่งอาจสมเหตุสมผลในบริบทที่คุณมีคิวจำนวนมากและรวดเร็วที่พร้อมใช้งาน มันไร้ประโยชน์อย่างแน่นอนในการฝึกหัดจาวาแบบนี้ แต่มันอาจสมเหตุสมผลถ้าเป็นแชแนลหรือคิวการส่งข้อความ (เช่น: ไม่มีข้อความที่จัดคิวด้วยการดำเนินการ O (1) เพื่อย้ายรายการ (N-1) ที่ด้านหน้าไปยังคิวใหม่)

การออกกำลังกายถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยไม่จำเป็นจากมุมมองเชิงปฏิบัติ จุดคือบังคับให้คุณใช้อินเตอร์เฟสของคิวด้วยวิธีที่ชาญฉลาดในการนำสแต็กไปใช้ ตัวอย่างเช่นโซลูชัน "หนึ่งคิว" ของคุณต้องการให้คุณวนซ้ำคิวเพื่อรับค่าอินพุตสุดท้ายสำหรับการดำเนินการสแต็ก "pop" อย่างไรก็ตามโครงสร้างข้อมูลคิวไม่อนุญาตให้ทำซ้ำมากกว่าค่าคุณถูก จำกัด ให้เข้าถึงได้ในแบบเข้าก่อนออกก่อน (FIFO)

ดังที่คนอื่น ๆ ระบุไว้แล้ว: ไม่มีความได้เปรียบในโลกแห่งความเป็นจริง

อย่างไรก็ตามหนึ่งคำตอบในส่วนที่สองของคำถามของคุณทำไมไม่ใช้เพียงคิวเดียวก็เกิน Java

ใน Java Queueอินเตอร์เฟสยังมีsize()เมธอดและการใช้งานมาตรฐานทั้งหมดของเมธอดนั้นคือ O (1)

นั่นไม่จำเป็นต้องเป็นจริงสำหรับรายการที่เชื่อมโยงแบบไร้เดียงสา / canonical เนื่องจากโปรแกรมเมอร์ C / C ++ จะใช้งานซึ่งจะเก็บพอยน์เตอร์ไว้ที่องค์ประกอบแรกและสุดท้ายและแต่ละองค์ประกอบจะชี้ไปยังองค์ประกอบถัดไป

ในกรณีนี้size()คือ O (n) และควรหลีกเลี่ยงในลูป หรือการดำเนินการเป็นขาวขุ่นและมีขั้นต่ำเปลือยและadd()remove()

ด้วยการใช้งานดังกล่าวคุณจะต้องนับจำนวนองค์ประกอบก่อนโดยโอนไปยังคิวที่สองโอนn-1องค์ประกอบกลับไปที่คิวแรกและส่งคืนองค์ประกอบที่เหลือ

ที่กล่าวว่ามันอาจจะไม่ทำสิ่งนี้ถ้าคุณอาศัยอยู่ใน Java-land

มันยากที่จะจินตนาการถึงการใช้งานสำหรับการนำไปปฏิบัติเช่นนั้นจริง แต่ส่วนใหญ่ของจุดที่จะพิสูจน์ว่ามันสามารถทำได้

อย่างไรก็ตามในแง่ของการใช้งานจริงสำหรับสิ่งเหล่านี้ฉันคิดได้สองอย่าง สิ่งหนึ่งที่ใช้ในการนี้คือการนำระบบไปใช้ในสภาพแวดล้อมที่ จำกัด ซึ่งไม่ได้ออกแบบมาสำหรับมันตัวอย่างเช่นบล็อก Redstone ของ Minecraftเปิดออกเพื่อเป็นตัวแทนของระบบทัวริงที่สมบูรณ์ซึ่งผู้คนเคยใช้ในการใช้วงจรตรรกะและแม้แต่ CPU ทั้งหมด ในช่วงแรกของการเล่นเกมที่ใช้สคริปต์สคริปต์บอทเกมแรกจำนวนมากก็ถูกนำไปใช้เช่นกัน

แต่คุณยังสามารถนำหลักการนี้ไปใช้ในทางกลับกันเพื่อให้มั่นใจว่าบางสิ่งเป็นไปไม่ได้ในระบบเมื่อคุณไม่ต้องการให้เป็นเช่นนั้น สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในบริบทความปลอดภัย: ตัวอย่างเช่นระบบการกำหนดค่าที่มีประสิทธิภาพสามารถเป็นสินทรัพย์ได้ แต่ยังมีระดับพลังงานที่คุณอาจไม่ได้มอบให้แก่ผู้ใช้ นี่เป็นการ จำกัด สิ่งที่คุณสามารถอนุญาตให้ใช้ภาษาการกำหนดค่าเพื่อมิให้ผู้บุกรุกถูกโจมตี แต่ในกรณีนี้คือสิ่งที่คุณต้องการ