数据结构与算法——14.栈

目录

1.概述

2.栈的接口设计

3.用链表来实现栈

4.用数组来实现栈

5.用两个栈来实现一个队列

6.用一个队列来实现一个栈

7.总结

1.概述

计算机科学中，stack是一种线性的数据结构，只能在其一端添加数据和移除数据。习惯来说，这一端称之为栈顶，另一端不能操作数据的称之为栈底，就如同生活中的一摞书。

说明：栈是线性的，只能在一端进行操作，分为栈顶和栈底两部分，包括入栈和出栈操作。

2.栈的接口设计

下面看一下栈的接口设计：

很简单，就是入栈，出栈，判断是否为空等操作。

3.用链表来实现栈

下面看一下如何用链表来实现栈：

代码：

public class L12_LinkedListStack implements L12_Stack {

    /**定义节点类*/
    public  class Node{
        E value;
        Node next;

        public Node() {
        }

        public Node(E value, Node next) {
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
    }

    private int capacity;//栈的容量
    private int size;//栈中有效数据个数
    Node head = new Node(null,null);

    /*向栈顶添加元素*/
    @Override
    public boolean push(E value) {
        if(isFUll())
            return false;
        Node node = new Node(value, head.next);
        head.next = node;
        size++;
        return true;
    }

    /*弹出栈顶的元素*/
    @Override
    public E pop() {
        if (isEmpty())
            return null;
        Node p = head.next;
        head.next = p.next;
        size--;
        return p.value;
    }

    /*返回栈顶元素*/
    @Override
    public E peek() {
        if (isEmpty())
            return null;
        return head.next.value;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return head.next==null;
    }

    @Override
    public boolean isFUll() {
        return size == capacity;
    }
}

说明：总的来说还是很简单的，只要会链表的相关操作，那么就可以轻松实现

4.用数组来实现栈

下面来看一下如何用数组来实现栈：

代码：
 

public class L12_ArrayStack implements L12_Stack{

    private E[] array;
    private int top;//栈顶指针

    public L12_ArrayStack(int capacity) {
        this.array = (E[])new Object[capacity];
    }

    @Override
    public boolean push(E value) {
        if (isFUll())
            return false;
        array[top] = value;
        top++;
        return true;
    }

    @Override
    public E pop() {
        if (isEmpty())
            return null;
        E value = array[--top];
        //top--;
        return value;
    }

    @Override
    public E peek() {
        if (isEmpty())
            return null;
        return array[top-1];
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return top == 0 ;
    }

    @Override
    public boolean isFUll() {
        return top == array.length;
    }
}

说明：用数组实现栈也很简单。其中的关键点就是定义了一个指针top，你可以理解其为指针，也可以理解其为栈中有效元素的个数。这就是数组来实现一些线性数据的好处，数组的元素个数相当于一个指针，一个指针的值也相当于数组中元素的个数。

5.用两个栈来实现一个队列

下面俩看一下如何用两个栈来模拟一个队列：

代码：

public class L13_TwoStackToQueue {

    L12_ArrayStack s1 = new L12_ArrayStack(100);//前半个
    L12_ArrayStack s2 = new L12_ArrayStack(100);//后半个

    /**入队操作，就是直接在后半个栈中压栈就行*/
    public void push(int x){
        s2.push(x);
    }
    /**出队操作*/
    public int pop(){
        if (s1.isEmpty()){
            while (!s2.isEmpty()){
                s1.push(s2.pop());
            }
        }
        return s1.pop();
    }

    /**返回队首元素*/
    public int peek(){
        if (s1.isEmpty()){
            while (!s2.isEmpty()){
                s1.push(s2.pop());
            }
        }
        return s1.peek();
    }

    public boolean empty(){
        return s1.isEmpty() && s2.isEmpty();
    }
}

说明：

栈只有一端可以操作，是先入后出的，队列是两端都可以操作，是先入先出的。那么肯定要有两个栈，一个做队首，一个做队尾。入队操作就是后面栈的入栈操作。关键在与于出队。我们可以将后面栈的元素依次出栈，然后再将这些元素依次压入到前面的一个栈中，这样就改变了元素的顺序，再使用前面一个栈的出栈操作，就实现了出队操作。判断空就是两个栈都为空时队列才为空。

6.用一个队列来实现一个栈

下面来看一下如何用一个队列来实现一个栈：

代码：

public class L14_QueueToStack {

    L9_ArrayQueue1 q1 = new L9_ArrayQueue1(100);
    private int size = 0;//记录队列中元素的个数

    public void push(int x){
        q1.offer(x);
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            q1.offer(q1.poll());
        }
        size++;
    }

    public int poll(){
        size--;
        return  q1.poll();
    }

    public int pop(){
        return q1.peek();
    }

    public boolean empty(){
        return q1.isEmpty();
    }
}

说明：

首先，我们要明确哪里是栈顶，哪里相当于栈底。结合题目看，队首为栈顶，队尾为栈底。这个实现的关键在与入栈操作。当我们从队尾入队后，前面已经入队的元素就跑到栈顶了，这不符合栈的规则。怎么才能让后入的元素在栈顶即在队首？我们可以将前面已经入队的元素依次弹出，然后再将这些元素依次入队，这样我们新加入的元素就这栈顶了，也就是队首了。然后出栈操作和判断空就很简单了。

7.总结

栈其实也很简单。就是很简单入栈，出栈等操作。栈是单端口操作的数据结构，入栈和出栈都只在一个端口。栈可以用链表和数组来实现。栈的特点就是先入后出。

暂时就这么多吧