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<Integer> 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());//5
    System.out.println(stack);  //[1, 2, 3, 4, 5]

    stack.pop();//出栈  5

    System.out.println(stack.size());//4
    System.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(){
        return  usedSize == elem.length;
    }
    //确保容量充足
    private  void  ensureCapacity(){
        if(CapacityIsFull()){
            elem = Arrays.copyOf(elem,elem.length*2);
        }
    }
    //入栈
    public int push(int data){
        ensureCapacity();
        elem[usedSize++] = data;
        return  data;
    }
    //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");
        }
        return  elem[usedSize-1];
    }

    //出栈
    public int pop (){
        int e = peek();
        usedSize--;
        return  e;
    }
    //获取栈的长度
    public  int size(){
        return  usedSize;
    }
    //判断栈是否为空
    public boolean empty(){
        return  usedSize == 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: 1,4,3,2      B: 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: 12345ABCDE      B: EDCBA54321      C: ABCDE12345      D: 54321EDCBA

//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<LinkList.Node> 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<Character>  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<Integer> 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<Integer> 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<Integer> stack;

    //最小值栈-》存放当前普通栈中的最小值

    private Stack<Integer> 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();

    }

}文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-722671.html

    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，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<Integer> 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());//1
    System.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

/*双向链式队列*/
public class MyLinkqueue {
    static  class  ListNode{
        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++;
        return  true;
    }
    //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--;
        return  x;
    }
    //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

        

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<Integer> stack = new ArrayDeque<>();// 双端队列的线性实现

Deque<Integer> 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<Integer> queue1 ;

    private Queue<Integer> 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<Integer> stack1;//入队

    private Stack<Integer> 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();

    }

}

到了这里，关于栈和队列-Java的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！