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

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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

方法	解释
Stack()	构造一个空的栈
E push(E e)	将 e 入栈，并返回e
E pop()	将栈顶元素出栈并返回
E peek()	获取栈顶元素
int size()	获取栈中有效元素个数
boolean empty()	检测栈是否为空

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());//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(){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

        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<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

     4. 逆波兰表达式求值

     5. 出栈入栈次序匹配

     6. 最小栈

    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。

        

        

方法	解释
boolean offer(E e)	入队列
E poll()	出队列并返回
E peek()	获取队头元素
int size()	获取队列中有效长度的个数
boolean isEmpty	判断队列是否为空

        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());//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 {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

        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<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

        2、 用栈实现队列    链接