Cloning a Stack without Using Extra Memory Using Java

问题陈述

复制整数堆栈的一个例子最好通过以下方式描述：通常，我们需要一个辅助堆栈或另一个数据结构来建立这种情况。当然，在这种情况下，我们没有额外的空间进行克隆，所以我们需要按原样克隆。

示例

输入

输出

 
Cloned Stack: [1, 2, 3, 4]   

方法

要解决这个问题，使用递归来克隆堆栈将会很有帮助。递归调用堆栈也是一种临时存储，我们在将元素从一个堆栈转移到另一个堆栈时会暂时反转元素。这种方法使用以下步骤

递归元素移除：递归被用于递归调用以弹出原始堆栈中的元素，直到堆栈中没有更多元素为止。每个组件都会传递给递归函数并在那里短暂存储。

克隆后重新插入：当到达列表的底部时，移除该项，然后将其从列表顶部推回原始列表和克隆列表。

文件名：CloneStackWithoutExtraSpace.java

输出

 
Original Stack: [1, 2, 3, 4]
Cloned Stack: [1, 2, 3, 4]   

解释

cloneStack() 方法接受一个原始堆栈，并创建一个克隆堆栈实例，复制将在此实例上创建。这就是为什么它使用一个名为cloneRecursively的递归辅助函数来实现克隆。

cloneRecursively首先检查传递过来的新堆栈是否为空。这意味着，如果没有更多元素可复制，则方法停止，所有必需的序列都已复制。如果列表仍有项目，它会获取顶元素并保存以备后用。移除过程也会递归地进行，每个元素都被移除和存储，直到堆栈中没有元素为止。

然而，当堆栈为空时，该方法会反转每个步骤，并将每个存储的元素添加回原始堆栈和克隆堆栈。这种方法会覆盖原始堆栈的初始顺序，同时使用clonedStack存储与原始堆栈具有相同顺序的精确副本。

需要考虑的边缘情况

空堆栈：如果原始堆栈为空，它不会产生错误，并且会正确处理该过程。您想要创建的克隆堆栈也将是一个空堆栈。

单元素堆栈：好吧，如果我们只使用一个值来应用算法，那么该算法会正常工作，因为它只会将该单个操作数的值推送到克隆堆栈，而不会出现任何问题。

包含重复元素的堆栈：重复元素也得到了很好的处理，因为每个元素都会被单独克隆并推回到队列中。

复杂度分析

时间复杂度：这种方法的时​​间复杂度为O(n)，其中n是堆栈中的元素数量。每个元素都被推送和弹出两次，这仍然导致线性复杂度。

空间复杂度：因此，该解决方案具有O(1)的辅助空间复杂度，因为没有使用数组和堆栈等额外结构。然而，由于递归堆栈，元素将被临时保存，因此它在技术上是一个O(n)的调用堆栈。考虑到我们不能使用递归调用堆栈以外的任何空间限制，这仍然是可行的。

递归方法的优点

这种方法实现了在没有辅助存储结构的情况下克隆堆栈的目标

内存效率：它不会生成额外的堆栈或数组来存储项目。

简单性：代码实际上非常简单，可读性强，并且使用递归使元素处理尽可能简单。

结论

在这篇文章中，作者展示了如何在不使用除调用堆栈之外的额外空间来存储数据的情况下克隆堆栈。通过递归，我们将函数调用堆栈适当地用作一种临时存储，从而最终以几乎零开销利用克隆堆栈的空间。

这项技术不仅适用于堆栈克隆，还解释了为什么在处理集合上的可逆/可逆类操作时，递归比作为额外数据结构更有用。