栈和队列相互实现 (用队列实现栈/用栈实现队列) 超详细~

1.栈和队列的简单介绍

1.1 栈的简单介绍

        栈,一种数据结构,只能从一端进出,先进后出,操作方式主要有出栈和入栈。在Java中,一般使用Stack(已不推荐)和Deque(双端队列)实现。

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Java中的实现类:

Stack:

Stack stack1 = new Stack<>();

相应方法: 

        push(Element): 把元素压栈

        pop(Element): 把元素从栈中弹出

Deque:

Deque stack2 = new LinkedList<>();
Deque stack3 = new ArrayDeque<>();

相应方法: 

        push(Element) : 把元素压栈

        pop(Element): 把元素弹出

        addFirst(Element): 等效压栈

        removeFirst(Element): 等效弹出

 1.2 队列的简单介绍

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        队列,一种数据结构,先进先出,主要类型有三种,单向队列,双端队列,循环队列。

单向队列

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双端队列

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循环队列

说到循环队列,leetcode也有经典的题目,实现循环队列,leetcode622

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 主要实现类 ArrayDeque

        和1.1栈的实现一样,队列的实现也是用Deque,因为用双端队列可以模拟单向队列,所以单向和双端队列都用ArrqyDeque实现,循环队列的实现可以参考leetcode622.

相应方法

        add(Element) : 在队列尾部添加一个元素  offer() 和add一样但返回是否成功

        remove(Element): 删除队列中第一个元素 poll() 和remove一样但为null时不会报错

其他常用方法

        clear() 清空队列

        peek() 获取第一个元素

        isEmpty() 是否为空

2. 用队列实现栈

2.1  leetcode225 用队列实现栈

请你仅使用两个队列实现一个后入先出(LIFO)的栈,并支持普通栈的全部四种操作(push、top、pop 和 empty)。
实现 MyStack 类:
void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。
int pop() 移除并返回栈顶元素。
int top() 返回栈顶元素。
boolean empty() 如果栈是空的,返回 true ;否则,返回 false 。


注意:

你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作。你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list (列表)或者 deque(双端队列)来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。

class MyStack {
    Deque list1;
    Deque list2;
    public MyStack() {
        list1 = new ArrayDeque<>();
        list2 = new ArrayDeque<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        list2.add(x);
        while(!list1.isEmpty()){
            list2.add(list1.remove());//add poll
        }
        Deque temp = list1;
        list1 = list2;
        list2 = temp;
    }
    
    public int pop() {
        return list1.remove();
    }
    
    public int top() {
        return list1.peek();
    }
    
    public boolean empty() {
        return list1.isEmpty();
    }
}

本题小结

(1)一个主队列,一个辅助队列,主队列时刻保持最新状态

(2)主队列保持最新就意味着(top/Empty/pop)等操作都对最新的队列即主队列操作

(3)来一个新的元素放到辅助队列,然后把主队列的元素都丢到辅助队列,交换即最新

以题中的案例为例,画出主辅队列的变化:

输入:
["MyStack", "push", "push", "top", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出:
[null, null, null, 2, 2, false]

解释:
MyStack myStack = new MyStack();
myStack.push(1);
myStack.push(2);
myStack.top(); // 返回 2
myStack.pop(); // 返回 2
myStack.empty(); // 返回 False

上图,更容易理解

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2.2  leetcode225 用队列实现栈(一个队列)

在2.1中用的是两个队列实现一个栈,题目限定了两个队列,那么用一个队列也是可以的。

class MyStack {
    Deque list1;
    public MyStack() {
        list1 = new ArrayDeque<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        int n = list1.size();
        list1.add(x);
        for(int i = 0; i < n; i++){
            list1.add(list1.remove());
        }
    }
    
    public int pop() {
        return list1.remove();
    }
    
    public int top() {
        return list1.peek();
    }
    
    public boolean empty() {
        return list1.isEmpty();
    }
}

直接上图

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3. 用栈实现队列

3.1 leetcode232 用栈实现队列

请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作(push、pop、peek、empty):

实现 MyQueue 类:

void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾
int pop() 从队列的开头移除并返回元素
int peek() 返回队列开头的元素
boolean empty() 如果队列为空,返回 true ;否则,返回 false


说明:

你 只能 使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque(双端队列)来模拟一个栈,只要是标准的栈操作即可。

class MyQueue {
    Deque instack;
    Deque outstack;
    public MyQueue() {
        instack = new LinkedList<>();
        outstack = new LinkedList<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        instack.push(x);
    }
    
    public int pop() {  
        if(outstack.isEmpty()){
            in2out();
        }
        return outstack.pop();
    }
    
    public int peek() {
        if(outstack.isEmpty()){
            in2out();
        }
        return outstack.peek();
    }
    
    public boolean empty() {
        return instack.isEmpty()&&outstack.isEmpty();
    }

    public void in2out(){
        while(!instack.isEmpty()){
            outstack.push(instack.pop());
        }
    }
}

本题小结

        (1)两个栈,主栈和辅栈,辅栈负责向外输出

        (2)判空要两个栈都判断

以题中的案例为例,画出主辅栈的变化:

输入:
["MyQueue", "push", "push", "peek", "pop", "empty"]
[[], [1], [2], [], [], []]
输出:
[null, null, null, 1, 1, false]

解释:
MyQueue myQueue = new MyQueue();
myQueue.push(1); // queue is: [1]
myQueue.push(2); // queue is: [1, 2] (leftmost is front of the queue)
myQueue.peek(); // return 1
myQueue.pop(); // return 1, queue is [2]
myQueue.empty(); // return false

上图

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参考来源 【1】leetcode 用队列实现栈  官方解题 

                【2】leetcode 御三五   【栈】用栈实现队列 

你可能感兴趣的:(leetcode,Java,数据结构,栈,队列)