Leetcode 895. 最大频率栈

设计一个类似堆栈的数据结构，将元素推入堆栈，并从堆栈中弹出出现频率最高的元素。

实现 FreqStack 类:

    FreqStack() 构造一个空的堆栈。
    void push(int val) 将一个整数 val 压入栈顶。
    int pop() 删除并返回堆栈中出现频率最高的元素。
        如果出现频率最高的元素不只一个，则移除并返回最接近栈顶的元素。

 

示例 1：

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：
FreqStack = new FreqStack();
freqStack.push (5);//堆栈为 [5]
freqStack.push (7);//堆栈是 [5,7]
freqStack.push (5);//堆栈是 [5,7,5]
freqStack.push (7);//堆栈是 [5,7,5,7]
freqStack.push (4);//堆栈是 [5,7,5,7,4]
freqStack.push (5);//堆栈是 [5,7,5,7,4,5]
freqStack.pop ();//返回 5 ，因为 5 出现频率最高。堆栈变成 [5,7,5,7,4]。
freqStack.pop ();//返回 7 ，因为 5 和 7 出现频率最高，但7最接近顶部。堆栈变成 [5,7,5,4]。
freqStack.pop ();//返回 5 ，因为 5 出现频率最高。堆栈变成 [5,7,4]。
freqStack.pop ();//返回 4 ，因为 4, 5 和 7 出现频率最高，但 4 是最接近顶部的。堆栈变成 [5,7]。

 

提示：

    0 <= val <= 109
    push 和 pop 的操作数不大于 2 * 104。
    输入保证在调用 pop 之前堆栈中至少有一个元素。
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解法一：堆 + 哈希表

使用堆保存$(val,频率，时间)$,时间为越大代表越靠近栈顶，对于push每次直接统计val值次数增加后将其放入堆中。对于pop方法，每次直接从堆顶弹出一个元素，就是频率最大且靠近栈顶。

• 时间复杂度：$push,pop为O(lon)$
• 空间复杂度：$O(n)$

class FreqStack {
    int idx;
    PriorityQueue<int[]> q;
    Map<Integer, Integer> mp;
    public FreqStack() { 
        q = new PriorityQueue<int[]>((a, b)-> a[1] == b[1] ? b[2] - a[2] : b[1] - a[1]);
        mp = new HashMap<>();
    }
    public void push(int val) { //O(logn)
        mp.put(val, mp.getOrDefault(val, 0) + 1);
        q.add(new int[]{val, mp.get(val), idx++});
    }
    
    public int pop() { //O(logn)
        int[] t = q.poll();
        mp.put(t[0], t[1] - 1);
        return t[0];
    }
}
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解法二：栈 + 哈希表 + 桶排序

根据解法一我们知道，我们每次都需要把最高频率的数弹出来，那么除了借用堆进行排序外，我们还可以为每个频率创建一个桶，每个桶可以看作是一个栈，那么每次push就把该数放进对应频率的桶中，出栈时则从最大频率的桶中弹出一个元素即可。这样我们就避免了为不同频率的数来进行排序的操作。

• 时间复杂度：$push和pop为O(1)$
• 空间复杂度：$O(n)$, 有多少个结点，那么就会开辟多少空间。

class FreqStack {
    int maxv; 
    Map<Integer, Integer> mp;
    Map<Integer, Deque<Integer>> st;
    public FreqStack() { 
        st = new HashMap<>();
        mp = new HashMap<>();
    }
    public void push(int val) { //O(1)
        int cnt = mp.getOrDefault(val, 0) + 1;
        mp.put(val, cnt);   
        if (!st.containsKey(cnt)) st.put(cnt, new ArrayDeque<>());
        st.get(cnt).push(val); //得到该频率的栈并将数放入栈中
        maxv = Math.max(cnt, maxv); //更新最大频率
    }
    
    public int pop() { //O(1) 
        //直接从最大频率中弹出元素 
        int ans = st.get(maxv).poll();
        mp.put(ans, mp.get(ans) - 1);
        if(st.get(maxv).isEmpty()) maxv--;  //更新最大频率
        return ans;    
    }
}
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