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《Java初阶数据结构》----4.＜线性表---Stack栈和Queue队列＞
2024-08-07 08:00:06基础资料围观155次
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前言
大家好，我目前在学习java。之前也学了一段时间，但是没有发布博客。时间过的真的很快。我会利用好这个暑假，来复习之前学过的内容，并整理好之前写过的博客进行发布。如果博客中有错误或者没有读懂的地方。热烈欢迎大家在评论区进行讨论！！！
喜欢我文章的兄弟姐妹们可以点赞，收藏和评论我的文章。喜欢我的兄弟姐妹们以及也想复习一遍java知识的兄弟姐妹们可以关注我呦，我会持续更新滴，
望支持！！！！！！一起加油呀！！！！
语言只是工具，不能决定你好不好找工作，决定你好不好找工作的是你的能力！！！！！
学历本科及以上就够用了！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！
本篇博客主要讲解Java基础语法中的
一、栈
1. 栈的概念
2. 栈的使用
3. 栈的模拟实现
4. 栈的常见编程题
二、队列
1. 队列的概念
2. 队列的使用
3.队列的模拟实现
4.队列的循环设计
三、双端队列
一、栈（stack）
1.1 栈的概念
栈：一种特殊的线性表，其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。
栈中的数据元素遵守后进先出LIFO（Last In First Out）的原则。
压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。
出栈：栈的删除操作叫做出栈。出数据在栈顶。
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。
1.2 栈的使用
代码示例：
public static void main(String[] args) {
Stack<Integer> s = new Stack();
s.push(1);
s.push(2);
s.push(3);
s.push(4);
System.out.println(s.size()); // 获取栈中有效元素个数---> 4
System.out.println(s.peek()); // 获取栈顶元素---> 4
s.pop(); // 4出栈，栈中剩余1 2 3，栈顶元素为3
System.out.println(s.pop()); // 3出栈，栈中剩余1 2 栈顶元素为3
if(s.empty()){
System.out.println("栈空");
}else{
System.out.println(s.size());
}
}1.3 栈的模拟实现
变量的定义、包含定义一个数组存储栈、记录栈中元素个数、
定义一个静态常量便于初始化栈
private int[] elem;//定义一个数组来存储栈中元素
private int useSize;//记录栈中元素
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//定义一个静态常量获取栈的长度的方法
public int getUseSize() {
return useSize;
}栈的有参构造方法。构造一个容量为DEFAULT_CAPACITY的栈
//构造一个容量为DEFAULT_CAPACITY的栈
public MyStack(){
this.elem = new int[DEFAULT_CAPACITY];
}检测栈是否满了
//检测栈是否满了
private boolean isFull(){
return this.useSize == this.elem.length;
}入栈：将val放入栈
//将val放入栈
public void push(int val){
if (isFull()){
this.elem = Arrays.copyOf(this.elem,2*this.elem.length);
}
this.elem[useSize++] = val;
}出栈： 将栈顶元素取出并返回
//将栈顶元素取出并返回
public int pop(){
if (isEmpty()){
throw new EmptyException("Stack为空！");
}
return elem[--useSize];
}
获取栈顶元素
//获取栈顶元素
public int peek(){
if (isEmpty()){
throw new EmptyException("Stack为空！");
}
return elem[useSize-1];
}检测栈是否为空
//检测栈是否为空
private boolean isEmpty(){
return this.useSize == 0;
}1.4 栈的常见编程题
1.有效的括号
public boolean isValid(String s) {
Stack<Character> stack = new Stack<>();
//判断是否为有效的括号，具有先进后匹配的特点，因此我们用栈。首先创建一个栈
int len = s.length(); //首先得到字符串长度
if (len == 0) { //如果字符串为空，则返回true
return true;
}
if (len % 2 == 1) { //括号成双成对，因此如果字符串为奇数，那么直接返回false
return false;
} else { //如果为偶数，符合预期则，将字符串转字符数组。遍历这个字符数组
char[] chars = s.toCharArray();
for (char ch : chars
) {
if (ch == '(' || ch == '[' || ch == '{') { //如果为左括号，则入栈。
stack.push(ch);
}
if (!stack.empty()) { //如果有左括号，到这里栈一定不为空。如果栈为空，则返回false，因为先得有左括号才会是有效括号
//接下来判断右括号，如果遍历到右括号，那么必有栈顶元素与之配对才会是有效括号，并出栈栈顶元素。否则返回false。
if (ch == '}') {
if (stack.pop() != '{') {
return false;
}
}
if (ch == ']') {
if (stack.pop() != '[') {
return false;
}
}
if (ch == ')') {
if (stack.pop() != '(') {
return false;
}
}
} else {
return false;
}
}
}
//最终判断栈是否为空，若全是左括号，那么就没有出栈。因此如果栈内有元素则为false。若匹配成功
//栈为空，返回true
return stack.empty();
}2.逆波兰表达式求值
import java.util.Stack;
//运算方法是将数字入栈，如果碰到运算符号。则出栈将第一个出栈元素放在运算符右边，第二个出栈元素放入运算符左边
//计算这个结果，并将这个计算结果入栈。重复以上操作。即可计算出逆波兰表达式的值。
public class Solution {
public int evalRPN(String[] tokens) {
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
int right;
int left;
for (String token:tokens
) {
switch (token){
case "+":
stack.push(stack.pop()+stack.pop());
break;
case "-":
right = stack.pop();
left = stack.pop();
stack.push(left-right);
break;
case "*":
stack.push(stack.pop()*stack.pop());
break;
case "/":
right = stack.pop();
left = stack.pop();
stack.push(left/right);
break;
default:stack.push(Integer.parseInt(token)); //注意这里放入栈的时候要将字符串转整型类型
}
}
return stack.peek();
}
}1.运算方法是将数字入栈，如果碰到运算符号。则出栈将第一个出栈元素放在运算符右边，第二个出栈元素放入运算符左边
2.计算这个结果，并将这个计算结果入栈。重复以上操作。即可计算出逆波兰表达式的值。
3.栈的压入、弹出序列
import java.util.Stack;
public class Solution {
public boolean IsPopOrder(int [] pushA,int [] popA) {
int n = pushA.length;
//辅助栈
Stack<Integer> s = new Stack<>();
//遍历入栈的下标
int j = 0;
//遍历出栈的数组
for(int i = 0; i < n; i++){
//入栈：栈为空或者栈顶不等于出栈数组
while(j < n && (s.isEmpty() || s.peek() != popA[i])){
s.push(pushA[j]);
j++;
}
//栈顶等于出栈数组
if(s.peek() == popA[i])
s.pop();
//不匹配序列
else
return false;
}
return true;
}
}
4.最小栈
class MinStack {
Deque<Integer> xStack;
Deque<Integer> minStack;
public MinStack() {
xStack = new LinkedList<Integer>();
minStack = new LinkedList<Integer>();
minStack.push(Integer.MAX_VALUE);
}
public void push(int x) {
xStack.push(x);
minStack.push(Math.min(minStack.peek(), x));
}
public void pop() {
xStack.pop();
minStack.pop();
}
public int top() {
return xStack.peek();
}
public int getMin() {
return minStack.peek();
}
}
1.5栈的应用场景
将递归转化为循环
比如：逆序打印链表
递归方式
// 递归方式
void printList(Node head){
if(null != head){
printList(head.next);
System.out.print(head.val + " ");
}
}循环方式
// 循环方式
void printList(Node head){
if(null == head){
return;
}
Stack<Node> s = new Stack<>();
// 将链表中的结点保存在栈中
Node cur = head;
while(null != cur){
s.push(cur);
cur = cur.next;
}
// 将栈中的元素出栈
while(!s.empty()){
System.out.print(s.pop().val + " ");
}
}二、队列
2.1队列的概念
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FIFO(First In First Out)。
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 （Head/Front）
在Java中，Queue是个接口，底层是通过链表实现的。
2.2 队列的使用
注意：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> q = new LinkedList<>();
q.offer(1);
q.offer(2);
q.offer(3);
q.offer(4);
q.offer(5); // 从队尾入队列
System.out.println(q.size());
System.out.println(q.peek()); // 获取队头元素
q.poll();
System.out.println(q.poll()); // 从队头出队列，并将删除的元素返回
if(q.isEmpty()){
System.out.println("队列空");
}else{
System.out.println(q.size());
}
}2.3 队列模拟实现
队列中既然可以存储元素，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。思考下：队列的实现使用顺序结构还是链式结构好？
定义变量、用内部类定义队列的的节点、队头、队尾、队员数
static class ListNode{
private int val;
private ListNode prev;
private ListNode next;
public ListNode(int val){
this.val = val;
}
private ListNode front;//队头
private ListNode rear;//队尾
private int useSize;//队员数
}得到队员数
public int getUseSize() {
return useSize;
}入队
//入队操作，相当于头插法
public void offer(int x){
ListNode node = new ListNode(x);
if(front == null){
front = rear = node;
}else {
node.next = front;
front.prev = node;
front = node;
}
useSize++;
}出队
//出队操作，相当于删除尾节点
public int poll(){
if(rear == null){
return -1;
}
int ret = rear.val;
if(front == rear){
front = null;
rear = null;
return ret;
}
rear = rear.prev;
rear.next = null;
useSize--;
return ret;
}获取队头元素
//获取队头元素
public int peek(){
if(front == null){
return -1;
}
return front.val;
}检测队列是否为空
//检测队列是否为空
public boolean isEmpty(){
return this.useSize == 0;
}2.4 循环队列
实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。如操作系统课程讲解的生产者消费者模型就可以就会使用循环队列。 环形队列通常使用数组实现。
数组下标循环的小技巧
1. 下标最后再往后(offset 小于 array.length): index = (index + offset) % array.length
2. 下标最前再往前(offset 小于 array.length): index = (index + array.length - offset) % array.length
如何区分空与满
1. 通过添加 size 属性记录
2. 保留一个位置
3. 使用标记
三、双端队列 (Deque)
双端队列（deque）是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列，deque 是 “double ended queue” 的简称。
那就说明元素可以从队头出队和入队，也可以从队尾出队和入队。
Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList的对象。
在实际工程中，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2.5设计循环队列
class MyCircularQueue {
private int front;
private int rear;
private int capacity;
private int[] elements;
public MyCircularQueue(int k) {
capacity = k + 1;
elements = new int[capacity];
rear = front = 0;
}
public boolean enQueue(int value) {
if (isFull()) {
return false;
}
elements[rear] = value;
rear = (rear + 1) % capacity;
return true;
}
public boolean deQueue() {
if (isEmpty()) {
return false;
}
front = (front + 1) % capacity;
return true;
}
public int Front() {
if (isEmpty()) {
return -1;
}
return elements[front];
}
public int Rear() {
if (isEmpty()) {
return -1;
}
return elements[(rear - 1 + capacity) % capacity];
}
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
public boolean isFull() {
return ((rear + 1) % capacity) == front;
}
}
四、面试题
1.用队列实现栈
class MyStack {
Queue<Integer> queue1;
Queue<Integer> queue2;
/** Initialize your data structure here. */
public MyStack() {
queue1 = new LinkedList<Integer>();
queue2 = new LinkedList<Integer>();
}
/** Push element x onto stack. */
public void push(int x) {
queue2.offer(x);
while (!queue1.isEmpty()) {
queue2.offer(queue1.poll());
}
Queue<Integer> temp = queue1;
queue1 = queue2;
queue2 = temp;
}
/** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
public int pop() {
return queue1.poll();
}
/** Get the top element. */
public int top() {
return queue1.peek();
}
/** Returns whether the stack is empty. */
public boolean empty() {
return queue1.isEmpty();
}
}
2.用栈实现队列
class MyQueue {
Deque<Integer> inStack;
Deque<Integer> outStack;
public MyQueue() {
inStack = new ArrayDeque<Integer>();
outStack = new ArrayDeque<Integer>();
}
public void push(int x) {
inStack.push(x);
}
public int pop() {
if (outStack.isEmpty()) {
in2out();
}
return outStack.pop();
}
public int peek() {
if (outStack.isEmpty()) {
in2out();
}
return outStack.peek();
}
public boolean empty() {
return inStack.isEmpty() && outStack.isEmpty();
}
private void in2out() {
while (!inStack.isEmpty()) {
outStack.push(inStack.pop());
}
}
}
文章来源:https://blog.csdn.net/m0_73456341/article/details/140674108
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