图解LeetCode——895. 最大频率栈（难度：困难）
一、题目
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。
二、示例
2.1> 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 <=10^9 -
push和pop的操作数不大于2 * 10^4。 - 输入保证在调用
pop之前堆栈中至少有一个元素。
三、解题思路
根据题目描述，我们需要解决两个问题：
【问题1】如何保存某个数字的出现次数？——采用Map<Integer, Integer> map维护
【问题2】如何保存相同出现次数情况下，多个数字集合的“入栈”和“出栈”顺序？——采用LinkedList<Integer>[] st维护
我们以示例1为例，来看一下对于插入操作，是如何处理的：
【解释】
push(5) ：在map中{key=5, value=1}；在st中{key=1, value=[5]}；
push(7) ：在map中{key=5, value=1},{key=7, value=1}；在st中{key=1, value=[5, 7]}；
push(5) ：在map中{key=5, value=2},{key=7, value=1}；在st中{key=1, value=[5, 7]}, {key=2，value=[5]}；
push(7) ：在map中{key=5, value=2},{key=7, value=2}；在st中{key=1, value=[5, 7]}, {key=2，value=[5, 7]}；
push(4) ：在map中{key=5, value=2},{key=7, value=2},{key=4, value=1}；在st中{key=1, value=[5, 7, 4]}, {key=2，value=[5, 7]}；
push(5) ：在map中{key=5, value=3},{key=7, value=2},{key=4, value=1}；在st中{key=1, value=[5, 7, 4]}, {key=2，value=[5, 7]}, {key=3，value=[5]}；
我们还是以示例1为例，来看一下对于出栈操作，是如何处理的：
【解释】由于当前最大出现次数max等于3，所以，我们可以通过
st[3]获得数字集合为：[5]，将5出栈之后，数字集合变为[]，因此max减1等于2，并且将map中数字5的出现次数减1，即：3-1=2。
我们再次执行出栈操作，再来看一下是如何处理的：
【解释】由于当前最大出现次数max等于2，所以，我们可以通过
st[2]获得数字集合为：[5，7]，将7出栈之后，数字集合变为[5]，由于数字集合不为空，所以max依然等于2，然后将map中数字7的出现次数减1，即：2-1=1。
后续的出栈操作，以此类推，此处就不再赘述了。
四、代码实现
class FreqStack {
Map<Integer, Integer> map = new HashMap(); // key：数字N value：数字N出现的次数
LinkedList<Integer>[] st = new LinkedList[2 * (int) 1e4]; // key：出现M次 value：出现M次的数字集合
int max = 0; // 当前最大出现次数
public FreqStack() {}
public void push(int val) {
int times = map.getOrDefault(val, 0) + 1; // 数字val的出现次数+1
map.put(val, times);
if (st[times] == null) st[times] = new LinkedList();
st[times].add(val); // 将数字val放到以times为key的value集合中
max = Math.max(max, times); // 尝试更新最大出现次数
}
public int pop() {
int result = -1; // 待出栈数字
while (max > 0) {
if (st[max].size() == 0) max--; // 如果max次数对应的数字集合都已经出栈了，则max减1
else {
result = st[max].removeLast(); // 移除出现times次的数字集合中“末尾”的数字result
break;
}
}
map.put(result, map.getOrDefault(result, 0) - 1); // 将数字result的出现次数-1
return result;
}
}
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