数据结构基础：堆栈队列

本文讲解的主要内容是堆栈队列，其中：

• 堆主要讲解
  • 堆的实现(大小顶堆）
  • 堆的应用(查找第K大的元素)
  • 优先队列
• 栈主要讲解
  • 栈的实现(数组栈和链表栈)
  • 双栈实现队列
  • 最小栈
  • 最小栈优化
  • 单调栈
  • 计算器
• 队列主要讲解
  • 队列的实现(数组队列和链表队列)
  • 队列实现栈

说明：所有源码均可以在idea上调试。

堆

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堆的实现(大小顶堆)

• 介绍：使用对排序对数组进行排序，根据排序规则分为大顶堆和小顶堆
• 设计思路：
  • 初试化建堆，建完后，堆顶即最大/最小元素。
  • 交换堆顶和数组末尾元素，然后针对剩余的n-1个元素，对堆顶元素进行调整即可。
  • 重复2),直到所有元素有序。
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：
    HeapSort
    https://gitee.com/ljfirst/AlgorithmPractice/tree/master/javaVersion/DataStructure/sort/innerSort/innerSortRealize/HeapSort2.java
  • 测试案例：HeapSort2Test、HeapSortTest

查找第K大的元素

• 介绍：在一组无序的数组中，查找第K大的元素并输出
• 设计思路：通过快排和堆排两种方式可以实现。
  • 快排：
    • 在一次快排中，数据会根据中间元素分成了两部分
    • 如果中间元素小于K，递归中间元素的右半部分
    • 如果中间元素大于K，递归中间元素的左半部分
    • 如果中间元素正好K，返回中间元素的左半部分
  • 堆排：
    • 构造一个大小为K的大顶堆
    • 数组中K之外的元素与堆顶元素进行对比
    • 比堆顶元素大的，不发生交换
    • 比堆顶元素小的，发生交换，并进行堆整理
    • 返回大小为K的堆
    • 另一种方式维持一个大小为【数组长度 - K】大小的堆，其他同理，返回非堆的K数据。
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：ReturnKMin
  • 测试案例：ReturnKMinTest

优先队列

• 介绍：将输入的元素按照某种优化级进行存入，每次取出的元素都是优先级最高的。
• 设计思路：考虑使用堆排序堆元素进行放置。
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：PriorityQueuelj
  • 测试案例：PriorityQueueljTest

栈

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栈的基本功能包括：入栈(push)、出栈(pop)、获取栈顶元素(peek)、获取栈中实际容量(getrealsize)、获取栈中最大容量(getmaxsize)、判空(empty)、查找值(search)、扩容(resize)

数组栈

• 介绍：使用数组实现栈的功能。
• 设计思路：
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：ArrayStacklj
  • 测试案例：ArrayStackTest

链表栈

• 介绍：使用链表实现栈的功能
• 设计思路：
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：LinkedStacklj
  • 测试案例：LinkedStackTest

双栈实现队列

• 介绍：使用栈实现队列的功能
• 设计思路：通过双栈不停出入栈，实现队列的功能。
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：StackQueue
  • 测试案例：StackQueueTest

最小栈

• 介绍：除了栈本身的功能，还需要提供每次获取最小元素的功能。要求所有操作的时间复杂度是 O(1)。
• 设计思路：自身建立一个最小栈，每次只存放最小的数。
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：MinValueStack
  • 测试案例：MinValueStackTest

最小栈优化

• 介绍：同上
• 设计思路：优化点在于上述最小栈是额外占用了一个栈来做最小栈，此处将该最小栈优化为一个数，节省了空间复杂度。
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：MinValueStackOpt
  • 测试案例：MinValueStackOptTest

单调栈

• 介绍：将已知数组转化为这样一个数组：对应索引存储着下一个更大元素，如果没有更大的元素，就存 -1。
• 设计思路：新建一个栈，若存在这样的数，则存入栈中。
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：MonotonousStack
  • 测试案例：MonotonousStackTest

计算器

• 介绍：实现一个可以满足基本运算的计算器（支持小数）
• 设计思路：中缀表达式转后缀表达式。
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：Calculate
  • 测试案例：CalculateTest

队列

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• 队列的基本功能包括：1、元素入队(offer)，2、元素出队(poll)，3、弹出队首元素(peek)，4、队列判空(empty)，5、获取真实队列长度(getrealsize)，6、获取最大队列长度(getmaxsize)，7、队列扩容(resize)，8、查找函数(search)

数组队列【循环队列】

• 介绍：使用数组做成一个循环队列
• 设计思路：需要注意循环队列的扩容条件
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：ArrayQueuelj
  • 测试案例：ArrayQueueTest

链表队列

• 介绍：使用链表建立队列
• 设计思路：
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：LinkedQueuelj
  • 测试案例：LinkedQueueTest

队列实现栈

• 介绍：使用两个队列实现栈的功能。
• 设计思路：通过两个队列来回置换原素，达到栈的功能。
• 代码实现：为简便起见，主要实现代码和注释，都在下方的源码中有，不再赘述，测试用例如需补充，欢迎提commit和issue。
• 源码和测试案例
  • 源码：QueueStack
  • 测试案例：QueueStackTest