232. Implement Queue using Stacks

232_implement_queue_using_stacks/memo.md

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+# 232. Implement Queue using Stacks
+
+https://leetcode.com/problems/implement-queue-using-stacks/
+
+## Comments
+
+### step1
+
+*   久々に取り組んだ
+*   問題文から、2 つ stack を使うことが明らかだったので、その方針で考えてみた。
+*   一旦移して順番を入れ替える (reverse) はまあ思いついて、ただ O(n) なんだよな、と思いつつ、O(1) がないか 3:00 くらい考えたが思いつかなかった。
+*   `st`, `st_aux` よりはいい名前があるだろうと思ったが、あまり思いつかなかったのでこのまま
+    *   最初 `stack`, `stack_aux` としていたが、`std::stack` と衝突する
+*   最初、`pop` の方で入れ替え処理を書こうとして、数行書いたあたりで、`pop` する処理と混ざって面倒なので、`push` で書いたほうがいいかな、と思った
+    *   l11-14, 別になくても動くなと、後から読み直して気付いた
+    *   後から考えると、おそらく一般的なユースケースでは `pop` の方が頻度が低そうなので、そちらを O(n)、`push` を O(1) 二死したほうがよかったのかもしれない 
+*   `peek`, `pop` の empty check はメソッドにしてもいい
+    *   ただそれ以前に例外を投げていいのかちょっと迷った (https://github.com/ryosuketc/leetcode_grind75/pull/10#discussion_r2295004606)
+    *   ただ今回だと int を返さなければならないが、"特殊な int" というのが思いつかなかった。どのような int でも queue に入る可能性があるので、特定の int をエラーとして扱うのは無理がある
+    *   ので結局今回は例外を選択
+*   最初、Python のクセか、`st`, `st_aux` をコンストラクタ内で定義して怒られた。
+    *   C++ だと、宣言と初期化が分離している (コンストラクタでは初期化を行う)
+
+### step2
+
+*   https://leetcode.com/problems/implement-queue-using-stacks/editorial/
+    *   amortized O(1) の書き方があるらしい。
+        *   なるほど、普段は `st` に LIFO のまま push しておく
+        *   `pop` が呼ばれたとき、**かつ `st_aux` が空の場合のみ**に一気に `st_aux` に移す。`st_aux` に要素が残っていれば (`st_aux` は FIFO で積んでいるので) 単純に top を返して pop すればよい。
+        *   `front` で状態管理しようとして失敗した (`MyQueue1`)
+*   Gemini と相談したりあれこれしてたらこの実装が良さそう (`MyQueue2`)
+    *   `front` による状態管理はしない
+    *    `st`, `st_aux` は役割的に `stack_in`, `stack_out` がよさそう。省略形 `st` も避けておく
+    *   `stack_in`, `stack_out` 間の処理を `peek` に移動し、`pop` から `peek` を呼ぶようにした
+    *   このクラスの `empty()` を利用。
+ *   `exception`
+    *   https://en.cppreference.com/w/cpp/error/exception.html
+    *   C++ だと上のような standard exceptions がある。まだぜんぶは覚えてないけど
+    *   C++ 例外も Python と同様に階層構造があるようだ。上位のものを指定すると下位をまとめて catch できる (はず)
+
+### step3
+*   `step2.MyQueue2` と同じ

232_implement_queue_using_stacks/step1.cpp

@@ -0,0 +1,54 @@
+class MyQueue {
+private:
+    // stack holds items in quque fashion.
+    std::stack<int> st;
+    std::stack<int> st_aux;
+public:
+    MyQueue() {
+    }
+
+    void push(int x) {
+        if (st.empty()) {
+            st.push(x);
+            return;
+        }
+        while (!st.empty()) {
+            st_aux.push(st.top());
+            st.pop();
+        }
+        st_aux.push(x);
+        while (!st_aux.empty()) {
+            st.push(st_aux.top());
+            st_aux.pop();
+        }
+    }
+
+    int pop() {
+        if (st.empty()) {
+            throw std::out_of_range("Queue is empty");
+        }
+        int top = st.top();
+        st.pop();
+        return top;
+    }
+
+    int peek() {
+        if (st.empty()) {
+            throw std::out_of_range("Queue is empty");
+        }
+        return st.top();
+    }
+
+    bool empty() {
+        return st.empty();
+    }
+};
+
+/**
+ * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
+ * MyQueue* obj = new MyQueue();
+ * obj->push(x);
+ * int param_2 = obj->pop();
+ * int param_3 = obj->peek();
+ * bool param_4 = obj->empty();
+ */

232_implement_queue_using_stacks/step2.cpp

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+
+// 動かないコード。
+// front で状態管理しようとして失敗した。デバッグしようとして面倒になったのでやめた。
+#include <stack>
+
+class MyQueue1 {
+private:
+    std::stack<int> st;
+    std::stack<int> st_aux;
+    int front;
+public:
+    MyQueue() {
+    }
+
+    void push(int x) {
+        if (st.empty() && st_aux.empty()) {
+            front = x;
+        }
+        st.push(x);
+    }
+
+    int pop() {
+        if (st.empty() && st_aux.empty()) {
+            throw std::out_of_range("Queue is empty");
+        }
+        if (st_aux.empty()) {
+            while (!st.empty()) {
+                st_aux.push(st.top());
+                st.pop();
+            }
+        }
+        int popped_item = st_aux.top();
+        st_aux.pop();
+        // Update the front.
+        if (!st_aux.empty()) {
+            front = st_aux.top();
+        }
+        return popped_item;
+    }
+
+    int peek() {
+        return front;
+    }
+
+    bool empty() {
+        return st.empty() && st_aux.empty();
+    }
+};
+
+/**
+ * Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
+ * MyQueue* obj = new MyQueue();
+ * obj->push(x);
+ * int param_2 = obj->pop();
+ * int param_3 = obj->peek();
+ * bool param_4 = obj->empty();
+ */
+
+#include <stack>
+
+ class MyQueue2 {
+    std::stack<int> stack_in;
+    std::stack<int> stack_out;
+public:
+    MyQueue() {
+    }
+
+    void push(int x) {
+        stack_in.push(x);
+    }
+
+    int pop() {
+        int front = peek();
+        stack_out.pop();
+        return front;
+    }
+
+    int peek() {
+        if (empty()) {
+            throw std::out_of_range("Queue is empty");
+        }
+        if (stack_out.empty()) {
+            while (!stack_in.empty()) {
+                stack_out.push(stack_in.top());
+                stack_in.pop();
+            }
+        }
+        return stack_out.top();
+    }
+
+    bool empty() {
+        return stack_in.empty() && stack_out.empty();
+    }
+};
+

232_implement_queue_using_stacks/step3.cpp

@@ -0,0 +1,38 @@
+
+#include <stack>
+
+ class MyQueue2 {
+    std::stack<int> stack_in;
+    std::stack<int> stack_out;
+public:
+    MyQueue() {
+    }
+
+    void push(int x) {
+        stack_in.push(x);
+    }
+
+    int pop() {
+        int front = peek();
+        stack_out.pop();
+        return front;
+    }
+
+    int peek() {
+        if (empty()) {
+            throw std::out_of_range("Queue is empty");
+        }
+        if (stack_out.empty()) {
+            while (!stack_in.empty()) {
+                stack_out.push(stack_in.top());
+                stack_in.pop();
+            }
+        }
+        return stack_out.top();
+    }
+
+    bool empty() {
+        return stack_in.empty() && stack_out.empty();
+    }
+};
+