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895.maximum-frequency-stack.md

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题目地址(895. 最大频率栈)

https://leetcode-cn.com/problems/maximum-frequency-stack/

题目描述

实现 FreqStack,模拟类似栈的数据结构的操作的一个类。

FreqStack 有两个函数:

push(int x),将整数 x 推入栈中。
pop(),它移除并返回栈中出现最频繁的元素。
如果最频繁的元素不只一个,则移除并返回最接近栈顶的元素。
 

示例:

输入:
["FreqStack","push","push","push","push","push","push","pop","pop","pop","pop"],
[[],[5],[7],[5],[7],[4],[5],[],[],[],[]]
输出:[null,null,null,null,null,null,null,5,7,5,4]
解释:
执行六次 .push 操作后,栈自底向上为 [5,7,5,7,4,5]。然后:

pop() -> 返回 5,因为 5 是出现频率最高的。
栈变成 [5,7,5,7,4]。

pop() -> 返回 7,因为 5 和 7 都是频率最高的,但 7 最接近栈顶。
栈变成 [5,7,5,4]。

pop() -> 返回 5 。
栈变成 [5,7,4]。

pop() -> 返回 4 。
栈变成 [5,7]。
 

提示:

对 FreqStack.push(int x) 的调用中 0 <= x <= 10^9。
如果栈的元素数目为零,则保证不会调用  FreqStack.pop()。
单个测试样例中,对 FreqStack.push 的总调用次数不会超过 10000。
单个测试样例中,对 FreqStack.pop 的总调用次数不会超过 10000。
所有测试样例中,对 FreqStack.push 和 FreqStack.pop 的总调用次数不会超过 150000。

前置知识

  • 哈希表

思路

我们以题目给的例子来讲解。

  • 使用fraq 来存储对应的数字出现次数。key 是数字,value频率

  • 由于题目限制“如果最频繁的元素不只一个,则移除并返回最接近栈顶的元素。”,我们考虑使用栈来维护一个频率表 fraq_stack。key是频率,value是数字组成的栈。

  • 同时用max_fraq 记录当前的最大频率值。

  • 第一次pop的时候,我们最大的频率是3。由fraq_stack 知道我们需要pop掉5。

  • 之后pop依次是这样的(红色数字表示顺序)

关键点解析

  • 栈的基本性质
  • hashtable的基本性质
  • push和pop的时候同时更新fraq,max_fraq 和 fraq_stack。

代码

class FreqStack:

    def __init__(self):
        self.fraq = collections.defaultdict(lambda: 0)
        self.fraq_stack = collections.defaultdict(list)
        self.max_fraq = 0
        
    def push(self, x: int) -> None:
        self.fraq[x] += 1
        if self.fraq[x] > self.max_fraq:
            self.max_fraq = self.fraq[x]
        self.fraq_stack[self.fraq[x]].append(x)    
        
    def pop(self) -> int:
        ans = self.fraq_stack[self.max_fraq].pop()
        self.fraq[ans] -= 1
        if not self.fraq_stack[self.max_fraq]:
            self.max_fraq -= 1
        return ans

# Your FreqStack object will be instantiated and called as such:
# obj = FreqStack()
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()

复杂度分析

  • 时间复杂度:push 和 pop 平均时间复杂度是 $O(1)$
  • 空间复杂度:$O(N)$,其中N为数字的总数。

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