前言:
栈与队列在数据结构中用法都相对比较简单,是数据结构中经常用到的两种。
1.栈(Stack)
(1)特点:
先入后出,后入先出。栈的底层就是一个数组(java原生库中),通过对数组的操作来实现栈的相关操作。栈也是可以用链表(LinkedList)来实现的,在LinkedList这个类中也有push,pop,peek等方法,足以说明栈可以用LinkedList来实现。栈继承了Vector类(这个类中也有一个判空的方法isEmpty() ),可以使用在这个类中的所有非私用方法。
(2)方法:![](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/876bdcf8f09549be9f6a6b5cf8fda346.png)
这里push,pop,empty时间和空间复杂度都为O(1)。 empty判空是定义了一个变量,用来计数。
(3)OJ题:
1)逆波兰表达式求值:
题析:
题解:
import java.util.Stack;
class Solution {public boolean isOperation(String x) {if(x.equals("+") | x.equals("-") | x.equals("*") | x.equals("/")) {return false;}return true;}public int evalRPN(String[] tokens) {Stack<String> stack = new Stack<>();for(String x : tokens) {if(!isOperation(x)) {//如果不是数字int num1 = Integer.parseInt(stack.pop()); //栈顶元素 => 放在右边int num2 = Integer.parseInt(stack.pop()); //栈顶后面一个元素 => 放在左边switch(x) {case "+":stack.push(String.valueOf((num2 + num1)));break;case "-":stack.push(String.valueOf((num2 - num1)));break;case "*":stack.push(String.valueOf((num2 * num1)));break;case "/":stack.push(String.valueOf((num2 / num1)));break;default:break;}}else {stack.push(x);}}return Integer.parseInt(stack.peek());}
}
2)括号匹配:
题析:
题解:
import java.util.Stack;
class Solution {public boolean isValid(String s) {Stack<Character> stack = new Stack<>();char[] arr = s.toCharArray();for(char x : arr) {if(stack.empty()){stack.push(x);}else {if(stack.peek() == '(' && x == ')' || stack.peek() == '{' && x == '}' || stack.peek() == '[' && x == ']') {stack.pop();}else {stack.push(x);}}}return stack.empty();}
}
3)出栈入栈次序匹配:
题析:
题解:
public class Solution {public boolean IsPopOrder (int[] pushV, int[] popV) {Stack<Integer> stack = new Stack<>();int j = 0;for(int i = 0; i < pushV.length; i++) {stack.push(pushV[i]);while(!stack.isEmpty() && j < popV.length && stack.peek() == popV[j]) {stack.pop();j++;}}if(!stack.isEmpty()) {return false;}return true;}
}
2.队列
队列分为单端队列(Queue)和双端队列(Deque),都是接口,都有先入先出,后入后出的特点。
2.1 单端队列(Queue)
(1)特点:
只有一端可以入,一端可以出。Queue可以用线性表(循环队列),也可以用链表(LinkedList)来实现。
(2)方法:
主要的方法就这三种。需要注意的是这里面Queue接口中没有empty()方法,但由于它是继承了Vector类,所以可以使用isEmpty()方法来判断是否Queue为空。
(3)OJ题:
1)设计循环队列:
题析:
题解:
//法一:设置一个计数变量:count
class MyCircularQueue {//循环队列的底层就是一个数组public int[] arr;//队头public int front;//队尾public int tail;//计数public int count;public MyCircularQueue(int k) {arr = new int[k];}public boolean enQueue(int value) {if(isFull()) {//队列已满return false;}if(tail == arr.length) {tail = 0;}arr[tail] = value;tail++;count++;return true;}public boolean deQueue() {if(isEmpty()) {return false;}front++;if(front == arr.length) {front = 0;}count--;return true;}public int Front() {if(isEmpty()) {return -1;}return arr[front];}public int Rear() {if(isEmpty()) {return -1;}if(isFull()) {}int index = (tail == 0) ? 0 : (tail - 1); return arr[index];}public boolean isEmpty() {return count == 0;}public boolean isFull() {return count == arr.length;}
}
//法二:浪费一个空间
class MyCircularQueue {//循环队列的底层就是一个数组public int[] arr;//队头public int front;//队尾public int tail;public MyCircularQueue(int k) {arr = new int[k + 1];}public boolean enQueue(int value) {if(isFull()) {//队列已满return false;}arr[tail] = value;tail = (tail + 1) % arr.length;return true;}public boolean deQueue() {if(isEmpty()) {return false;}front = (front + 1) % arr.length;return true;}public int Front() {if(isEmpty()) {return -1;}return arr[front];}public int Rear() {if(isEmpty()) {return -1;}int index = (tail == 0) ? (arr.length - 1) : (tail - 1); return arr[index];}public boolean isEmpty() {return tail == front;}public boolean isFull() {return (tail + 1) % arr.length == front;}
}
浪费一个空间的这种写法:
题中给的示列:
而按我们这种这里的写法: 如果设置长度为3,那么只能放两个元素,所以需要将数组的长度设置为4就能放三个元素了,也就是数组长度设置为k + 1。
2.2 双端队列
(1)特点:
两端都可以入队出队。Deque可以用线性表(循环队列),也可以用链表(LinkedList)来实现。
(2)方法:
与单端队列的方法都大同小异。
3.栈与队列相关的OJ题
(1)用栈实现队列
题析:
题解:
class MyQueue {Stack<Integer> stack1;Stack<Integer> stack2;public MyQueue() {stack1 = new Stack<>();stack2 = new Stack<>();}public void push(int x) {stack1.push(x);}public int pop() {if(stack2.isEmpty()) {while(!stack1.isEmpty()) {stack2.push(stack1.pop());}}return stack2.pop();}public int peek() {if(stack2.isEmpty()) {while(!stack1.isEmpty()) {stack2.push(stack1.pop());}}return stack2.peek();}public boolean empty() {return stack1.isEmpty() && stack2.isEmpty();}
}
(2)用队列实现栈:
题析:
题解:
class MyStack {Queue<Integer> queue1;Queue<Integer> queue2;public MyStack() {queue1 = new ArrayDeque<>();queue2 = new ArrayDeque<>();}public void push(int x) {if(!queue1.isEmpty()) {queue1.offer(x);}else if(!queue2.isEmpty()) {queue2.offer(x);}else {//两个都为空,指定放在queue1中queue1.offer(x);}}public int pop() {if(empty()) {return -1;}int i = 0;if(!queue1.isEmpty()) {int size = queue1.size();for(i = 0; i < size- 1; i++) {queue2.offer(queue1.poll());}return queue1.poll();}else {int size = queue2.size();for(i = 0; i < size- 1; i++) {queue1.offer(queue2.poll());}return queue2.poll();}}public int top() {int i = 0;if(!queue1.isEmpty()) {int size = queue1.size();int x = -1;for(i = 0; i < size; i++) {x = queue1.poll();queue2.offer(x);}return x;}else {int size = queue2.size();int x = -1;for(i = 0; i < size; i++) {x = queue2.poll();queue1.offer(x);}return x;}}public boolean empty() {//两个队列均为空的时候才能判断该栈为空return queue1.isEmpty() && queue2.isEmpty();}
}