算法入门之基本数据结构：队列和栈

大家都知道，算法和数据结构是息息相关，学习数据结构能帮助我们更好的理解算法，理解编程，这是一种编程思想的培养；今天我们要介绍的数据结构是：队列，可以把队列想象成一个双向管道，一边进另一边出

 

代码示例

public class QueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //1.初始化一组数据
        int[] start = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
        //2.初始化一个空队列
        Queue linkedList = new LinkedList<>();
        //3.数据入列
        for (int i = 0; i < start.length; i++) {
            linkedList.offer(start[i]);
          System.out.println("入列:"+JSON.toJSONString(linkedList));
        }
        while (linkedList.size() > 0){
            System.out.print("出列:"+linkedList.poll()+"");
        }
    }
}

结果：入列:[1]
      入列:[1,2]
      入列:[1,2,3]
      ...
      入列:[1,2,3,4,5,6,7,8,9]
      出列:1出列:2出列:3出列:4出列:5出列:6出列:7出列:8出列:9

 

分析

Java中 Queue是一个接口继承Collection接口，我们可以选择一些实现了queue接口的类来构建一个队列，例如本例中的linkedList，从上面结果我们不难发现队列的一些基本特征：

• 三大组成元素：数据块data，头节点head，尾节点tail

• 数据为线性结构

• 先进先出(FIFO)原则

• 两大操作：只允许在队列的尾部进行添加(入队)，只允许在队列的头部进行删除(出队)

   

   

队列的一些其他方法：

• offer：增加一个元素并返回true                                     （当队列满时返回false）

• add：增加一个元素            （当队列满时会抛出IIIegaISlabEepeplian异常）

• poll：移出一个元素并返回移出的元素 （官方说返回的是队列的头部元素，可能指的是移出操作之前的队列   当队列为空则返回null）

• remove：同poll     （当队列为空时抛出NoSuchElementException异常）

• peek：返回队列的头部元素        （当队列为空时，返回null）

• element：返回队列的头部元素（当队列为空时抛出NoSuchElementException异常）

• 此外还有2个方法是针对阻塞队列的：put（添加元素，队列满时阻塞）和take（移出元素，队列为空时阻塞）

   

延伸

上面我们提到了阻塞队列，例子中的linkedList是非阻塞的，java在开放java.ulil.concurrent的时候提供了BlockingQueue 接口和五个阻塞队列类，后面我们在讲解并发编程时会详细介绍这些队列，这里我们只需要先有个概念就好

 

说完队列,我们再了解下栈的概念，可以把栈想象成一个单向管道，从一头进，又从该头出

 

代码示例

public class StatckDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //1.初始化一组数据
        int[] start = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
        //2.初始化空栈
        Stack stack = new Stack<>();
        //3.入栈 后入的永远在栈顶
        for (int i = 0; i < start.length; i++) {
            stack.push(start[i]);
        }
        //判断栈是否为空
        System.out.println("栈是否为空:"+stack.empty());
        //返回栈顶对象 不删除
        System.out.println(stack.peek());
        System.out.println(JSON.toJSONString(stack));
        //出栈 删除栈顶对象,并返回删除的栈顶对象
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(JSON.toJSONString(stack));
        //返回对象在栈中的位置,相对于栈顶的位置,
        // 如果对象不存在则返回-1
        System.out.println(stack.search(7));
    }
}

结果:栈是否为空:false
     9
     [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
     9
     [1,2,3,4,5,6,7,8]
     2

 

分析

栈与队列不同，可以直接创建使用，继承自Vector类，通过上述例子，我们能总结出栈的一些基本特征：

• 两大基本组成元素：一维数组块，指向栈顶的变量top值

• 数据为线性结构

• 后进先出原则（LIFO）

• 两大基本操作：入栈（只允许向栈顶添加元素），出栈（只允许从栈顶移出元素）

栈的一些基本方法：

• empty：判断栈是否为空，返回Boolean值

• peek：返回栈顶部的元素，不删除该元素

• pop：删除栈顶元素，并返回该元素（出栈）

• push：将元素压入栈顶部（入栈）

• search：返回元素在栈中的位置，以栈顶top为基准，当要返回的值在栈中不存在时，返回-1

   

 

至此，我们就将队列和栈做了个简单的介绍，也不深入解析，后期我们再深入探讨这两种数据结构的一些细节和延伸方面的知识。