面试题——栈的最大值问题

常数时间求栈的最大值
问题描述：一个栈stack，具有push和pop操作，其时间复杂度皆为O(1)。设计算法max操作，求栈中的最大值，该操作的时间复杂度也要求为O(1)。

可以修改栈的存储方式，push，pop的操作，但是要保证O(1)的时间复杂度，空间时间复杂度无要求。

算法描述：

一个存储所有最大值的栈Sm。

1. 当push入栈的元素大于当前最大元素，将该元素压入最大值栈Sm；

2. Sm栈顶始终保存栈中当前的最大元素；

3. 当前最大元素被pop出栈时，将Sm栈顶的对应最大元素也弹出栈。

max操作即为获得Sm栈顶最大元素。

假设元素以5,4,1,2,3,10,9,8,6,7,15顺序入栈，则两个栈中存储的元素如下图所示：

常数时间空间求栈的最大值

问题描述：一个整数栈stack，具有push和pop操作，其时间空间复杂度皆为O(1)。设计算法max操作，求栈中的最大值，该操作的时间空间复杂度也要求为O(1)。

可以修改栈的存储方式，push，pop的操作，但是要保证O(1)的时间空间复杂度。

算法描述：

变量Max保存当前最大元素值，初始值为最小整数m。

1. 当push入栈时，将（当前元素-Max）存入栈中，

若当前元素小于Max，栈中元素为负数；

若当前元素大于等于Max，栈中元素为非负数，将Max替换为当前元素。

2. 当pop出栈时，

若栈中元素为负数，则将（栈中元素+Max）弹出栈；

若栈中元素为非负数，则将Max弹出栈，并将Max替换为（Max-栈中元素）。

3. Max即为当前栈中最大元素值。

主要思路是将最大值以某种方式在原有栈中标记出来，从而减少空间使用。可以用正负数来区分普通元素和最大值元素：

普通元素使用负数存储（元素-Max）；

最大值元素使用非负数存储（New Max - Old Max）；

这样便可在栈中区分普通元素和最大值元素，并可通过Max恢复Old Max。

假设元素以5,4,1,2,3,10,9,8,6,7,15顺序入栈，则两个栈中存储的元素如下图所示：

1. 元素5,4,1,2,3入栈后的情况

2. 元素10,9,8,6,7入栈后的情况

3. 元素15入栈后的情况

4. 元素15出栈时的情况

5. 元素15出栈后的情况（恢复原有状态）