栈和队列-Java

目录

一、栈

1.1 概念

1.2 栈的使用

1.3 栈的模拟实现

1.4 栈的应用场景

1.5 概念区分

二、队列

2.1 概念

2.2 队列的使用

2.3 队列的模拟实现

2.4 循环队列

三、双端队列

四、面试题

一、栈

1.1 概念

栈：一种特殊的线性表，只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底，栈中的元素遵循先进后出的原则。

压栈：栈的插入操作，也叫进栈或入栈，在栈顶插入数据；出栈：栈的删除操作，在栈顶删除数据。

1.2 栈的使用

public static void main(String[] args) {Stack stack = new Stack();stack.push(1);stack.push(2);stack.push(3);stack.push(4);stack.push(5);System.out.println(stack.size());//5//获取栈顶元素System.out.println(stack.peek());//5System.out.println(stack);//[1, 2, 3, 4, 5]stack.pop();//出栈5System.out.println(stack.size());//4System.out.println(stack);//[1, 2, 3, 4]System.out.println(stack.empty());//false}

1.3 栈的模拟实现

由图可知Stack继承了Vector，Vector和ArrayList类似，都是动态的顺序表，不同的是Vector是线程安全的。

public class MyStack {int[] elem;int usedSize;public MyStack(){elem = new int[3];}//判断栈是否满了private boolean CapacityIsFull(){returnusedSize == elem.length;}//确保容量充足privatevoidensureCapacity(){if(CapacityIsFull()){elem = Arrays.copyOf(elem,elem.length*2);}}//入栈public int push(int data){ensureCapacity();elem[usedSize++] = data;returndata;}//获取栈顶元素public int peek(){if(usedSize == 0){throw new StackNullEception("栈为空，无法获取栈顶元素");}returnelem[usedSize-1];}//出栈public int pop (){int e = peek();usedSize--;returne;}//获取栈的长度publicint size(){returnusedSize;}//判断栈是否为空public boolean empty(){returnusedSize == 0;}}

1.4 栈的应用场景

1. 改变元素的序列

1. 若进栈序列为 1,2,3,4 ，进栈过程中可以出栈，则下列不可能的一个出栈序列是（） A: 1,4,3,2B: 2,3,4,1 C: 3,1,4,2 D: 3,4,2,1 2. 一个栈的初始状态为空。现将元素 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 A 、 B 、 C 、 D 、 E 依次入栈，然后再依次出栈，则元素出栈的顺 序是（ ）。 A: 12345ABCDEB: EDCBA54321C: ABCDE12345 D: 54321EDCBA

2. 将递归转化为循环

//递归方式void printList(Node head){if(head == null){return;}printList(head.next);System.out.println(head.val+" ");}//循环方式void printList2(Node head){if(head == null){return;}Stack stack = new Stack();//将链表中的元素(节点)放入栈中Node cur = head;while(cur !=null){stack.push(cur);cur = cur.next;}//栈中的元素出栈while (!stack.empty()){System.out.print(stack.pop().val+" ");}}

3.括号匹配

代码实现

public boolean isValid(String s) {

Stack stack = new Stack();

for(int i = 0; i< s.length(); i++){

char ch = s.charAt(i);

if(ch == ‘(‘ || ch == ‘[‘ || ch == ‘{‘){

stack.push(ch);

} else {

if(stack.empty()){

return false;

}

//从栈中取栈顶

char ch1 = stack.pop();

if((ch1 =='(‘ && ch == ‘)’) || (ch1 == ‘[‘ && ch == ‘]’) || (ch1 == ‘{‘ && ch == ‘}’)){

continue;

} else {

return false;

}

}

}

//栈中还有左括号

if(!stack.empty()){

return false;

}

return true;

}

4.逆波兰表达式求值

代码实现

public int evalRPN(String[] tokens) {

Stack stack = new Stack();

for(String s:tokens){

if(!(s.equals(“+”)||s.equals(“-“)||s.equals(“*”)||s.equals(“/”))){

stack.push(Integer.parseInt(s));

}else{

int num2 = stack.pop();

int num1 = stack.pop();

switch(s){

case “+”:

stack.push(num1+num2);

break;

case “-“:

stack.push(num1-num2);

break;

case “*”:

stack.push(num1*num2);

break;

case “/”:

stack.push(num1/num2);

break;

}

}

}

return stack.pop();

}

5. 出栈入栈次序匹配

代码实现

public boolean IsPopOrder (int[] pushV, int[] popV) {

Stack stack = new Stack();

//i遍历pushV，j遍历popV

int i = 0, j = 0;

for(;i < pushV.length; i++){

//入栈

stack.push(pushV[i]);

//获取栈顶元素

int pe = stack.peek();

//判断栈顶元素是否需要出栈

while(pe == popV[j]){

stack.pop();

j++;

//栈空

if(stack.empty()){

break;

}

//判断后面是否需要出栈

pe = stack.peek();

}

}

//栈中还有元素

if(!stack.empty()){

return false;

}

return true;

}

6.最小栈

代码实现

class MinStack {

//普通栈

private Stack stack;

//最小值栈-》存放当前普通栈中的最小值

private Stack minStack;

public MinStack() {

stack = new Stack();

minStack = new Stack();

}

//入栈

public void push(int val) {

if(stack.empty()){

stack.push(val);

minStack.push(val);

}else {

stack.push(val);

int peek = minStack.peek();

//判断minStack是否要入栈

if(val <= peek){

minStack.push(val);

}

}

}

//出栈

public void pop() {

//普通栈为空

if(stack.empty()){

return;

}

int po= stack.pop();

//判断minStack是否要出栈

if(po == minStack.peek()){

minStack.pop();

}

}

//获取栈顶元素

public int top() {

//普通栈为空

if(stack.empty()){

return -1;

}

return stack.peek();

}

//获取当前栈中最小值

public int getMin() {

//最小值栈-》 空

if(minStack.empty()){

return -1;

}

return minStack.peek();

}

}

1.5 概念区分

栈、虚拟机栈、栈帧有何区别？

栈是一种数据结构，虚拟机栈是JVM划分的一块内存，栈帧是方法调用时，虚拟机给方法分配的一块内存。

二、队列

2.1 概念

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出的特点入队列：进行插入操作的一端称为队尾（Tail/Rear） 出队列：进行删除操作的一端称为队头

2.2 队列的使用

Queue是个接口，底层是通过链表实现。

Queue是个接口，在实例化时必须实例化LinkedList的对象，因为LinkedList实现了Queue接口。

public static void main(String[] args) {Queue queue = new LinkedList();//入队queue.offer(1);queue.offer(2);queue.offer(3);System.out.println(queue);//[1, 2, 3]//获取队头元素int t = queue.peek();System.out.println(t);//1//出队System.out.println(queue.poll());//1System.out.println(queue);//[2, 3]//判断队列是否为空boolean bool = queue.isEmpty();System.out.println(bool);//false}

2.3 队列的模拟实现

队列中可以存储元素，那底层肯定要有能够保存元素的空间，通过前面线性表的学习了解到常见的空间类型有两种：顺序结构 和 链式结构，那么队列的实现使用顺序结构还是链式结构好？

/*双向链式队列*/public class MyLinkqueue {staticclassListNode{int val;ListNode next;ListNode pre;public ListNode(int val){this.val = val;}}ListNode first;//队头ListNode last;//队尾int usedsize;//队列中元素个数//入队列public boolean offer(int data){ListNode node = new ListNode(data);if(first == null){//空队列first = node;last = node;}else {last.next = node;node.pre = last;last = last.next;}usedsize++;returntrue;}//获取队头元素public int peek(){if(usedsize == 0){return -1;}return first.val;}//出队列public int poll(){int x = peek();//只有一个元素if(first.next==null){first = null;last = null;}first = first.next;first.pre = null;usedsize--;returnx;}//获取队列中元素的个数public int size(){return usedsize;}//判断队列是否为空public boolean isEmpty(){return usedsize == 0;}}

2.4 循环队列

实际中我们有时会使用一种队列叫循环队列，环形队列通常使用数组实现。 设计循环队列

三、双端队列

双端队列（deque）指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列，说明元素可以从队头入队和出队，也可以从队尾入队和出队。

Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList的对象。

实际工程中，使用Deque接口是比较多的，栈和队列均可以使用该接口。

Deque stack = new ArrayDeque();// 双端队列的线性实现 Deque queue = new LinkedList();//双端队列的链式实现

四、面试题

1、用队列实现栈 链接

代码实现

class MyStack {

private Queue queue1 ;

private Queue queue2 ;

public MyStack() {

queue1 = new LinkedList();

queue2 = new LinkedList();

}

//入栈

public void push(int x) {

//栈为空

if (empty()){

queue1.offer(x);

}else {

//放入非空队列中

if(!queue1.isEmpty()){

queue1.offer(x);

}else {

queue2.offer(x);

}

}

}

//出栈

public int pop() {

//栈空

if(empty()){

return -1;

}

if(!queue1.isEmpty()){

//将queue1中的size-1个元素放入queue2

while (queue1.size()>1){

int x= queue1.poll();

queue2.offer(x);

}

//出队x并返回x

int x = queue1.poll();

return x;

}else {

//将queue2中的size-1个元素放入queue1

while (queue2.size()>1){

int x= queue2.poll();

queue1.offer(x);

}

//出队x并返回x

int x = queue2.poll();

return x;

}

}

//获取栈顶元素

public int top() {

//栈空

if(empty()){

return -1;

}

if(!queue1.isEmpty()){

//将queue1中的size-1个元素放入queue2

while (queue1.size()>1){

int x= queue1.poll();

queue2.offer(x);

}

//出队x放入另一队列并返回x

int x = queue1.poll();

queue2.offer(x);

return x;

}else {

//将queue2中的size-1个元素放入queue1

while (queue2.size()>1){

int x= queue2.poll();

queue1.offer(x);

}

//出队x放入另一队列并返回x

int x = queue2.poll();

queue1.offer(x);

return x;

}

}

//判断栈是否为空

public boolean empty() {

//两个队都为空-》栈为空

return queue1.isEmpty() && queue2.isEmpty();

}

}

2、 用栈实现队列 链接

代码实现

class MyQueue {

private Stack stack1;//入队

private Stack stack2;//出队

public MyQueue() {

stack1 = new Stack();

sstack2 = new Stack();

}

//入队

public void push(int x) {

stack1.push(x);

}

//出队

public int pop() {

//队空

if(empty()){

return -1;

}

//保证stack2不为空

if(stack2.isEmpty()){

while (!stack1.isEmpty()){

stack2.push(stack1.pop());

}

}

return stack2.pop();

}

//获取队头元素

public int peek() {

//队空

if(empty()){

return -1;

}

//保证stack2不为空

if(stack2.isEmpty()){

while (!stack1.isEmpty()){

stack2.push(stack1.pop());

}

}

return stack2.peek();

}

//判断队列是否为空

public boolean empty() {

//两个栈都为空-》队列为空

return stack1.isEmpty() && stack2.isEmpty();

}

}