数据结构中的堆棧在C#中的实现
一、大致学习
堆棧是一种面向表的数据结构，堆棧中的数据只能在标的某一短进行添加和删除操作，是一种典型的（LIFO）数据结构。
现实生活中的理解：自助餐厅的盘子堆，人们总是从顶部取走盘子，当洗碗工把洗好的盘子放回盘子堆的时候也是放在盘子堆的顶部。
Stack类实现堆棧：Stack<T> number=new Stack<T>();
Stack类是ICollection接口的一个实现(foreach)，它代表了一个LIFO群集或一个堆棧，在.NET中作为循环缓冲来实现的，这使得能动态地分配进栈数据项的空间；
Stack构造器方法，默认的构造器实例化的是一个具有10个数值初始容量的空栈，每当棧达到满容量时就会把容量值翻倍；另一种构造器允许创建一个来自另一个群集对象的棧对象
如：
string [] names= new string[]{"jack","rose","jeff"}; Stack nameStack=new Stack(names);
二、具体分析
C#Stack泛型类的常用方法介绍：
1、Push(object item)方法：将对象插入栈顶，同时将棧的初始变量+1
public void Push(object item) { list.Add(item); p_index++; }
2、Pop()方法：将对象移除栈顶，同时将棧的初始变量-1，返回出棧的对象
public object Pop() { object obj=list[p_index]; list.RemoveAt(p_index); p_index--; return obj; }
3、Peek()方法：取数，只是查看栈顶元素的”值“
public object Peek() { return list[p_index]; }
4、Clear()方法：清空棧内数据，将数据项计数器设置为0
public void Clear() { list.Clear(); p_index = -1; }
5、Contains()方法：用来确定指定的元素是否在棧内 bool
public bool Contains(object item) { return list.Contains(item); }
6、CopyTo()方法：将棧内的内容复制到一个数组中，要求数组必须是object类型的，因为这是所有棧对象的数据类型。包含两个参数：一个数组和起始索引值
Stack myStack=new Stack(); for(int i=20;i>0;i--) { myStack.Push(i); } object [] myArray=new object[myStack.Count]; myStack.CopyTo(myArray,0);
7、ToArray()方法：复制到一个新的数组中，不含索引值，故需创建新的数组
Stack myStack=new Stack(); for(int i=0;i>0;i++) { myStack.Push(i); } object [] myArray=new object[myStack.Count]; myArray=myStack.ToArray();
8、Count属性：获取棧中的元素个数
public int Count { get { return list.Count; } }
三、案例分析
1、使用棧来判断回文
把相同的词汇或句子，在下文中调换位置或颠倒过来，产生首尾回环的情趣，叫做回文，也叫回环。
class CStack { private int p_index; private ArrayList list; public CStack() { list = new ArrayList(); p_index = -1; } //获取棧的空间 public int Count { get { return list.Count; } } //进栈 public void Push(object item) { list.Add(item); p_index++; } //出棧 public object Pop() { object obj=list[p_index]; list.RemoveAt(p_index); p_index--; return obj; } //清空棧内元素 public void Clear() { list.Clear(); p_index = -1; } //取数 public object Peek() { return list[p_index]; } public bool Contains(object item) { return list.Contains(item); } }
static void Main(string[] args) { CStack alist = new CStack(); string ch; string word = "woainiiniaow"; bool isPalindrome = true; //将word反转存入棧中 for (int i = 0; i < word.Length;i++ ) { alist.Push(word.Substring(i,1)); } //进行判断 int pos = 0; while(alist.Count>0) { ch = alist.Pop().ToString(); if (ch != word.Substring(pos, 1)) { isPalindrome = false; break; } else { pos++; } } if (isPalindrome) { Console.WriteLine("{0}是回文", word); } else { Console.WriteLine("{0}不是回文", word); } Console.ReadKey(); } //另外我觉得可采用另一种常规方法就是复制一个“数组”，原“数组”从0->Length遍历，新“数组”从Length->0遍历，进行比对。
2、使用棧来实现四则运算
using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; using System.Text; using System.Text.RegularExpressions; using System.Collections; namespace _09使用棧来实现四则运算 { class Program { static void Main(string[] args) { Stack nums = new Stack(); Stack ops = new Stack(); string expression = "5*2"; Calculate(nums,ops,expression); Console.WriteLine(nums.Pop()); Console.ReadKey(); } /// <summary> /// 判断是否是数字 /// </summary> /// <param name="input">要判断参数</param> /// <returns></returns> static bool IsNumeric(string input) { bool flag = true; string pattern=(@"^\d+$"); Regex validate = new Regex(pattern); if(!validate.IsMatch(input)) { flag = false; } return flag; } /// <summary> /// 进栈操作 /// </summary> /// <param name="N">保存数字的棧</param> /// <param name="O">保存运算符的棧</param> /// <param name="exp">运算表达式</param> static void Calculate(Stack N,Stack O,string exp) { string ch, token = ""; for (int i = 0; i < exp.Length;i++ ) { ch = exp.Substring(i,1); if (IsNumeric(ch)) { token = ch; N.Push(token); token = ""; } //if(ch==""||i==(exp.Length-1)) //{ // N.Push(token); // token = ""; //} else if(ch=="+"||ch=="-"||ch=="*"||ch=="/") { O.Push(ch); } if(N.Count==2) { Compute(N,O); } } } /// <summary> /// 进行运算 /// </summary> /// <param name="N">参与运算的数字的棧</param> /// <param name="O">参与运算的运算符的棧</param> static void Compute(Stack N,Stack O) { int oper1; int oper2; string oper; oper1 = Convert.ToInt32(N.Pop()); oper2 = Convert.ToInt32(N.Pop()); oper = Convert.ToString(O.Pop()); switch(oper) { case"+": N.Push(oper1+oper2); break; case "-": N.Push(oper1-oper2); break; case "*": N.Push(oper1*oper2); break; case "/": if (oper2 == 0) { throw new Exception("除数不能为0"); } N.Push(oper1/oper2); break; } } } }
3、十进制向多种进制进行转换
static void Main(string[] args) { int num, baseNum; Console.Write("Enter a decimal number"); num = Convert.ToInt32(Console.ReadLine()); Console.Write("Enter a base"); baseNum = Convert.ToInt32(Console.ReadLine()); Console.WriteLine(num+"converts to"); MulBase(num,baseNum); Console.WriteLine("Base"+baseNum); Console.ReadKey(); } static void MulBase(int n,int b) { Stack digits = new Stack(); do { digits.Push(n%b); n /= b; }while(n!=0); while(digits.Count>0) { Console.Write(digits.Pop()); } }
4、火车进站调度重组问题在C#中的实现
问题描述：假设一列货运列车共有n节编号分别为1~n的车厢，在进站前这n节车厢并不是按其编号有序排列；现要求重新排列各车厢，使该列车在
进入车站时，所有的车厢从前到后按编号1~n的次序排列。
interface IStack<T> { void Push(T item);//进栈操作 T Pop();//出棧操作 T Peek();//取数操作 int GetLength();//求棧的长度 bool IsEmpty();//判断棧是否为空 void Clear();//清空棧操作 }
class SeqStack<T>:IStack<T> { //顺序栈的容量 private int maxsize; //用于存储数序中的数据元素 private T[] data; //指示顺序栈的栈顶 private int top; //构建索引器 public T this[int index] { get { return data[index]; } set { data[index] = value; } } //棧容量属性 public int Maxsize { get { return maxsize; } set { maxsize = value; } } //栈顶属性 public int Top { get { return top; } } //初始化棧 public SeqStack(int size) { data=new T[size]; maxsize = size; top = -1; } //判断棧是否满 public bool IsFull() { if (top == maxsize - 1) { return true; } else { return false; } } //判断棧是否为空 public bool IsEmpty() { if (top == -1) { return true; } else { return false; } } //进栈操作 public void Push(T item) { if (IsFull()) { Console.WriteLine("Stack is full"); return; } else { data[++top]=item; } } //出棧操作 public T Pop() { T temp=default(T); if (IsEmpty()) { Console.WriteLine("Stack is empty"); return temp; } else { temp = data[top]; --top; return temp; } } //获取栈顶元素 public T Peek() { if(IsEmpty()) { Console.WriteLine("Stack is empty"); return default(T); } else { return data[top]; } } //获取棧的长度 public int GetLength() { return top + 1; } //清空棧 public void Clear() { top = -1; } }
class TrainAyyayrangeByStack { //车厢重排算法，K个缓冲铁轨，车厢初始排序存放在p中 public bool Railroad(int[] p, int n, int k) { //重排成功返回true，否则返回false //创建与缓冲铁轨对应的堆栈 SeqStack<int>[] H = new SeqStack<int>[k+1]; for (int i = 1; i <= k;i++ ) { H[i] = new SeqStack<int>(p.Length); } //初始化第一个出棧车厢号1 int NowOut = 1; //初始设置缓冲铁轨中编号最小的车厢 int minH = n+1; //初始minH号车厢对应的缓冲铁轨号 int minS = 0; //车厢重排 for (int i = 0; i < n;i++ ) { //如果即将入站的车厢号和下一个即将出站的车厢号一致，就直接输出 if (p[i] == NowOut) { Console.WriteLine("Move Car {0} from input to output", p[i]); //输出后将下一个即将出站的车厢号重置 NowOut++; //从缓冲铁轨中输出 while (minH == NowOut) { Output(ref minH, ref minS, ref H, k, n); NowOut++; } } //如果即将入站的车厢号和下一个即将出战的车厢号不一致，就将其保存在缓冲铁轨中 else { //将p[i]送入某个缓冲铁轨 if(!Hold(p[i],ref minH,ref minS,ref H,k,n)) { return false; } } } return true; } //把车厢从缓冲铁轨送至出轨处，同时修改minS和minH void Output(ref int minH,ref int minS,ref SeqStack<int>[]H,int k,int n) { //车厢索引 int c; //从堆栈minS中删除编号最小的车厢minH c = H[minS].Pop(); Console.WriteLine("Move car {0} from holding track {1} to output",c,minS); //通过检查所有的栈顶，搜索新的minH和minS minH = n + 2; for (int i = 1; i <= k;i++ ) { if(!H[i].IsEmpty()&&(H[i].Peek())<minH) { minH = H[i].Peek(); minS = i; } } } //在一个缓冲铁轨中放入车厢c bool Hold(int c,ref int minH,ref int minS,ref SeqStack<int>[]H,int k,int n) { //如果没有可用的缓冲铁轨，则返回false //否则返回true //为车厢c寻找最优的缓冲铁轨 //初始化最优铁轨和最优栈顶车厢号 int BestTrack = 0; int BestTop = n + 1; //车厢索引 int x; //扫描缓冲铁轨，寻找最优的缓冲铁轨棧，即栈顶元素相对最小 for (int i = 1; i <= k;i++ ) { //如果缓冲铁轨不为空 if (!H[i].IsEmpty()) { x = H[i].Peek(); if (c < x && x < BestTop) { //铁轨i顶部的车厢编号最小 BestTop = x; BestTrack = i; } } //铁轨i为空 else { if(BestTrack==0) { BestTrack = i; } break; } } //没有可用铁轨 if(BestTrack==0) { return false; } //把车厢c送入缓冲铁轨 H[BestTrack].Push(c); Console.WriteLine("Move car {0} from input to holding track {1}",c,BestTrack); //如果条件成立就修改缓冲铁轨中下一个将要出站的车厢号 if (c < minH) { minH = c; minS = BestTrack; } return true; }
static void Main(string[] args) { int[] p = new int[] { 3,6,9,2,4,7,1,8,5}; int k = 3; TrainAyyayrangeByStack ta = new TrainAyyayrangeByStack(); bool result; result = ta.Railroad(p,p.Length,k); do { if(result==false) { Console.WriteLine("need more holding track,please enter additional"); k = k + Convert.ToInt32(Console.ReadLine()); result = ta.Railroad(p,p.Length,k); } }while(result==false); Console.ReadKey(); }
