【数据结构】队列和栈相互实现

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    • 1.用队列实现栈
    • 2.用栈实现队列

1.用队列实现栈

这个类使用两个队列来模拟栈的行为,其中一个队列用于主要操作(queue1),另一个队列作为辅助(queue2)。通过这种方式,我们可以确保栈的后进先出(LIFO)特性。

class MyStack {// 用于存储元素的主要队列private Queue<Integer> queue1;// 用于辅助操作的队列private Queue<Integer> queue2;// 构造函数,初始化两个队列public MyStack() {queue1 = new LinkedList<>();queue2 = new LinkedList<>();}// 将元素压入栈顶public void push(int x) {// 将新元素添加到辅助队列 queue2 中queue2.offer(x);// 将 queue1 中的所有元素转移到 queue2 中while (!queue1.isEmpty()) {queue2.offer(queue1.poll());}// 交换 queue1 和 queue2 的引用,使得 queue1 总是包含所有元素Queue<Integer> temp = queue1;queue1 = queue2;queue2 = temp;}// 移除并返回栈顶元素public int pop() {// 从 queue1 中移除并返回顶部元素return queue1.poll();}// 返回栈顶元素但不移除public int top() {// 返回 queue1 的第一个元素,即栈顶元素return queue1.peek();}// 检查栈是否为空public boolean empty() {// 栈为空当且仅当 queue1 为空return queue1.isEmpty();}
}

代码解释

  • 构造函数 (MyStack): 初始化两个队列 queue1 和 queue2。这两个队列将被用来模拟栈的行为。
  • push 方法:
    新元素首先被添加到 queue2 中。
    然后,queue1 中的所有元素被逐个移动到 queue2 中。
    最后,交换 queue1 和 queue2 的引用。这样做的目的是确保 queue1 总是包含所有的元素,并且新加入的元素总是在 queue1 的前端,从而模拟了栈的 LIFO 行为。
  • pop 方法:
    直接从 queue1 中移除并返回队头元素。由于 queue1 中的元素顺序已经被调整,队头元素就是栈顶元素。
  • top 方法:
    返回 queue1 的第一个元素,但不移除它。这是当前栈顶的元素。
  • empty 方法:
    判断栈是否为空,只需要检查 queue1 是否为空即可,因为 queue1 始终保存着所有元素。

这种设计利用了队列的先进先出(FIFO)特性来模拟栈的后进先出(LIFO)行为。通过在每次插入时将所有元素转移到另一个队列中,可以保证新插入的元素始终位于队列的前端,从而实现了栈的功能。

2.用栈实现队列

这个类使用两个栈来模拟队列的行为,其中一个栈用于入队操作(inStack),另一个栈用于出队操作(outStack)。通过这种方式,我们可以确保队列的先进先出(FIFO)特性。

class MyQueue {// 用于处理入队操作的栈private Stack<Integer> inStack;// 用于处理出队操作的栈private Stack<Integer> outStack;// 构造函数,初始化两个栈public MyQueue() {inStack = new Stack<>();outStack = new Stack<>();}// 将元素添加到队尾public void push(int x) {// 元素直接加入到 inStack 中inStack.push(x);}// 移除并返回队头元素public int pop() {// 如果 outStack 为空,则将 inStack 的所有元素转移到 outStack 中if (outStack.isEmpty()) {while (!inStack.isEmpty()) {outStack.push(inStack.pop());}}// 从 outStack 弹出并返回顶部元素return outStack.pop();}// 返回队头元素但不移除public int peek() {// 如果 outStack 为空,则将 inStack 的所有元素转移到 outStack 中if (outStack.isEmpty()) {while (!inStack.isEmpty()) {outStack.push(inStack.pop());}}// 返回 outStack 的顶部元素,但不移除return outStack.peek();}// 检查队列是否为空public boolean empty() {// 队列为空当且仅当 inStack 和 outStack 都为空return inStack.isEmpty() && outStack.isEmpty();}
}

代码解释

  • 构造函数 (MyQueue): 初始化两个栈,一个用于入队操作,另一个用于出队操作。
  • push 方法: 直接将新元素压入 inStack 中。这是因为在入队时,我们不需要关心队列的顺序,只需简单地把元素放入栈中即可。
  • pop 方法: 当需要出队时,如果 outStack 为空,则将 inStack 中的所有元素转移到 outStack 中。这样做的目的是反转这些元素的顺序,以满足队列的FIFO特性。然后,从 outStack 中弹出顶部元素作为结果。
  • peek 方法: 与 pop 方法类似,但如果 outStack 为空,则同样会进行元素转移。不过,peek 只是查看而不移除 outStack 的顶部元素。
  • empty 方法: 判断队列是否为空,即两个栈都必须为空时才认为队列为空。

这种设计利用了栈的后进先出(LIFO)特性来实现队列的FIFO行为。通过在需要时将 inStack 中的元素移动到 outStack 中,可以有效地维持正确的出队顺序。

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