232. Implement Queue using Stacks

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+# 232. Implement Queue using Stacks
+
+- URL: https://leetcode.com/problems/implement-queue-using-stacks/
+- Difficulty: Easy
+- Tags: Stack, Design, Queue
+- Notebook: https://share.solve.it.com/d/d599b9df42461594a24807e846105577
+
+## Step 1
+
+### 実装1
+
+- 問題の感想
+  - 今まで当たり前のようにdequeなどをqueue（FIFO）として使ってきたが、確かにstackでどう実装するんだろう。
+  - 機械語レベルでは全てが1つのstackにより記憶されている。
+  - push to top, peek/pop from top, size, and is empty operations are valid. とのことで、インデックスアクセスも使えず難しい。
+    - 特に、peek, popは明らかに工夫が必要。
+- アルゴリズムの選択
+  - peek, popが必要になったとき、stackの中身を別の容器に移し替えることを思いついた。
+  - この移し替えは必要に迫られて、まとめて行うことで、均し計算量を軽くする作用もあるはず。（follow-up）
+- 実装
+  - 移し替えの操作は内部メソッドに分離する。
+  - 属性も、直接外部に公開しないような意図で書く。
+  - stack（容器）が2つ登場するが、お店の商品棚と倉庫に喩えた変数名にした。
+- 計算量
+  - Time
+    | Operation | Worst Time | Amortized Time |
+    |-----------|------------|----------------|
+    | push      | O(1)       | O(1)           |
+    | pop       | O(n)       | O(1)           |
+    | peek      | O(n)       | O(1)           |
+    | empty     | O(1)       | O(1)           |
+  - Extra Space: O(n)
+
+```python
+# storage: [1, 2, 3, 4]
+# shelf: []
+# ↓ _stock & pop
+# storage: []
+# shelf: [4, 3, 2, 1] -> pop: 1
+# ↓
+# storage: []
+# shelf: [4, 3, 2]
+# ↓ push x2, pop x2
+# storage: [5, 6]
+# shelf: [4]
+
+class MyQueue:
+
+    def __init__(self):
+        self._storage = []  # LIFO
+        self._shelf = []  # FIFO
+
+    def _stock(self):
+        while self._storage:
+            self._shelf.append(self._storage.pop())
+
+    def push(self, x: int) -> None:
+        self._storage.append(x)
+
+    def pop(self) -> int:
+        if not self._shelf:
+            self._stock()
+        return self._shelf.pop()
+
+    def peek(self) -> int:
+        if not self._shelf:
+            self._stock()
+        return self._shelf[-1]
+
+    def empty(self) -> bool:
+        return not self._shelf and not self._storage
+
+# Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
+# obj = MyQueue()
+# obj.push(x)
+# param_2 = obj.pop()
+# param_3 = obj.peek()
+# param_4 = obj.empty()
+```
+
+- 思いつくのに苦戦し、20分くらいかかった。
+- 振り返り
+  - これであっているか不安。
+
+## Step 2
+
+**Q:** Step 1のコードをレビューして、改善点を教えてください。
+
+
+**A:**
+コードをレビューしますね！
+
+**良い点：**
+- 2つのスタックを使う基本アイデアは正しいです
+- `_stock`で移し替えをまとめて行う設計により、償却計算量O(1)を達成しています
+- `_storage`と`_shelf`という命名も役割が分かりやすい
+- 計算量の分析も正確です
+
+**改善点：**
+
+1. **`peek`と`pop`の重複コード**
+   ```python
+   if not self._shelf:
+       self._stock()
+   ```
+   この部分が2箇所にあります。`peek`を`pop`で実装するか、共通化を検討できます：
+   ```python
+   def peek(self) -> int:
+       if not self._shelf:
+           self._stock()
+       return self._shelf[-1]
+
+   def pop(self) -> int:
+       self.peek()  # _shelfに値があることを保証
+       return self._shelf.pop()
+   ```
+
+2. **軽微：コメントの意図**
+   ```python
+   self._storage = []  # LIFO
+   self._shelf = []  # FIFO
+   ```
+   両方ともPythonのlistをスタック（LIFO）として使っているので、「FIFOとして見える順番で格納」という意味なら問題ないですが、少し紛らわしいかも。
+
+**正しさの確認：**
+ロジックは正しいです！例のトレースも合っています。`_shelf`が空のときだけ移し替えるので、各要素は最大2回しか移動しない→償却O(1)が成立します。
+
+動作確認してみますか？簡単なテストケースを書いて試すと安心できると思います。
+
+- LLMレビューの感想
+  - 基本方針があっているとのことで安心した。
+  - popとpeekで在庫確認のロジックが被っているのはその通りだと思った。peekに一元化するのもありだと思う。
+- [コメント集](https://docs.google.com/document/d/11HV35ADPo9QxJOpJQ24FcZvtvioli770WWdZZDaLOfg/edit?tab=t.0#heading=h.sarm16yxqaz)
+  - https://discord.com/channels/1084280443945353267/1206101582861697046/1232739063891492895
+    - > お、ちょっと私の期待とは違うアルゴリズムでした。これは関数型言語のデータ構造という背景がある問題に見えます。
+      > - https://www.slideshare.net/hamukazu/ss-10114639
+      > - https://www.cs.cmu.edu/~rwh/students/okasaki.pdf
+    - 分かりやすく面白い資料だった。
+    - 「私の期待」というのは、補充でstackを反転させる操作に遅延評価を使うことで、均さなくてもO(1)を実現できることだと推測した。
+      - LLMに聞いたところ、遅延評価版の厳密な実装はPythonだと難しく、Haskellなどの純粋関数型言語が必要とのこと。
+- PR
+  - https://github.com/colorbox/leetcode/pull/15
+  - https://github.com/ryosuketc/leetcode_grind75/pull/13
+  - https://github.com/huyfififi/coding-challenges/pull/13
+  - https://github.com/rihib/leetcode/pull/32
+
+**Q:** 上記に他の人が解いたPRをまとめています。それぞれのPRの代表的なソリューションとレビューコメントをチェックし、PRごとの内容を簡潔にまとめてください。
+
+
+**A:**
+4つのPRを確認しますね。
+
+4つのPRの内容をまとめますね。
+
+---
+
+**1. colorbox/leetcode#15** (C++)
+- **実装**: 最初はpush時に毎回移し替えを行う非効率な実装だった
+- **レビュー指摘**: nodchipさんから「pushは`push_stack`に入れ、pop/peek時に`pop_stack`が空の場合のみ移し替えるとamortized O(1)になる」と改善を提案された
+- **学び**: push時に移し替えは不要。関数型言語のデータ構造（Okasaki）に由来する問題との紹介あり
+
+---
+
+**2. ryosuketc/leetcode_grind75#13** (C++)
+- **実装**: `stack_in` / `stack_out` という分かりやすい命名。amortized O(1)版も実装
+- **レビュー指摘**:
+  - `aux`という略称についての議論（補助関数の意味で使われる）
+  - `MyQueue() = default` の提案
+  - `bool empty() const noexcept` の指摘
+  - peek時に例外が飛ぶ可能性のキャッチについて
+  - Google Style Guideの関数名規約について
+- **学び**: Purely Functional Data Structures (Okasaki) の BankersQueue が言及された
+
+---
+
+**3. huyfififi/coding-challenges#13** (Python)
+- **実装**: Step1で2パターン（毎回移し替え版 / 遅延移し替え版）を試した
+- **レビュー指摘**:
+  - FILOよりLIFOが一般的
+  - 変数名の補足コメントがあると良い
+  - `pop()`と`peek()`の共通化について議論（著者は「視線が移動するので書き下す方が好み」との意見）
+  - 空コレクションにtype hintを入れる提案
+- **学び**: Banker's Method（均し計算量の分析手法）についてのメモあり。「重そうな処理を毎回発生させず、その状況のまま利用する方法を探る」という教訓
+
+---
+
+**4. rihib/leetcode#32** (Go)
+- **実装**: `pushStack` / `popStack` を使った標準的な実装
+- **PR説明**: Goの構造体初期化について詳しく解説（`MyQueue{}` vs `new(MyQueue)` vs `var q MyQueue`）
+- **レビュー**: colorboxさん、odaさんから細かい指摘あり（詳細はShow resolved）
+- **特徴**: 言語特有の初期化パターンの学習メモが充実
+
+---
+
+**共通の学び**:
+- 2つのスタックを使い、**pop/peek時にのみ必要に応じて移し替える**のが最適解
+- Chris Okasaki の "Purely Functional Data Structures" が元ネタとして複数回言及
+- 変数名は `in/out`, `push/pop`, `input/output` などが採用されている
+
+### 実装2
+
+- リファクタ内容
+  - self._shelfの空チェック＆補充ロジックをpeek()に集約
+  - 属性定義時にコメントでLIFO, FIFOと書いていたのは紛らわしいので変更。
+  - voidメソッドに対し、type hint "-> None"を明示的に書く。
+    - PEP484: https://peps.python.org/pep-0484/#using-none
+
+```python
+class MyQueue:
+
+    def __init__(self):
+        self._storage = []
+        self._shelf = []  # reversed
+
+    def _stock(self) -> None:
+        while self._storage:
+            self._shelf.append(self._storage.pop())
+
+    def push(self, x: int) -> None:
+        self._storage.append(x)
+
+    def pop(self) -> int:
+        self.peek()
+        return self._shelf.pop()
+
+    def peek(self) -> int:
+        if not self._shelf:
+            self._stock()
+        return self._shelf[-1]
+
+    def empty(self) -> bool:
+        return not self._shelf and not self._storage
+```
+
+## Step 3
+
+[実装2](#実装2)
+
+## Step 4
+
+自分のPR：（自分のPRへのリンク）
+
+**Q:** それぞれのレビューコメントについて、もう少し詳しく教えてください。
+
+### 実装3
+
+- レビューを受けて書き直し
+  - （修正点）
+
+```python
+class Solution:
+    pass
+```