Java 栈和队列的交互实现

文章目录

  • 队列和栈的区别
  • 一.用队列模拟实现栈
    • 1.1入栈
    • 1.2出栈
    • 1.3返回栈顶元素
    • 1.4判断栈是否为空
  • 二.用栈模拟实现队列
    • 2.1 入队
    • 2.2出队
    • 2.3peek
    • 2.4判断队列是否为空
  • 三.完整代码
    • 3.1 队列模拟实现栈
    • 3.2栈模拟实现队列


队列和栈的区别

栈和队列都是常用的数据结构,它们的主要区别在于数据的插入和删除顺序。

栈 (Stack) 是一种后进先出 (Last-In-First-Out, LIFO) 的数据结构,只允许在一端进行插入和删除操作,这一端称为栈顶。新元素插入后成为新的栈顶,而删除时也只能删除栈顶元素。

队列 (Queue) 是一种先进先出 (First-In-First-Out, FIFO) 的数据结构,允许在两端进行插入和删除操作,插入在队尾,删除在队头。新元素插入时成为新的队尾,而删除时也只能删除队头元素。

一.用队列模拟实现栈

1.void push(int x) 将元素 x 压入栈顶
2.int pop() 移除并返回栈顶元素
3.int top() 返回栈顶元素
4.boolean empty() 如果栈是空的,返回 true ;否则,返回 false

如上便是需要用队列来实现栈的四个基本操作。
我们试想,实现这些栈的操作,一个队列可以完成吗?
显然不可以,我们使用两个队列来实现栈的模拟
Java 栈和队列的交互实现_第1张图片

大体流程
1.入栈时:
如果两个都为空,那么想

1.1入栈

当我们要放入18 25 35 48 这一串数字入栈时,先放入18 25 35(放入时选择的队列是不为空的队列),模拟入队以及入栈时的状况,如下图
Java 栈和队列的交互实现_第2张图片

 public void push(int x) {
        if(empty()){
            queue1.offer(x);
            return;
        }
        if(!queue1.isEmpty()){
            queue1.offer(x);
        }else {
            queue2.offer(x);
        }
    }

1.2出栈

此时如果我们要将35出栈时,又该如何操作呢?此时我们就需要用到第二个队列,将队列一的前size-1个元素(也就是18 25)从队列一中出队,放入队列二中。此时队列一中的元素为35,队列二的元素为18 25 如下图。
Java 栈和队列的交互实现_第3张图片

当初栈完成时,我们此时要将48入栈时,又该放入哪个栈中呢?我们考虑栈的特点(先入后出),我们将再入栈的元素放到不为空的队列中。
Java 栈和队列的交互实现_第4张图片

 public int pop() {
        if(empty()){
            return -1;
        }
        if(!queue1.isEmpty()){
            int size = queue1.size();
            for (int i = 0; i < size-1; i++) {
                queue2.offer(queue1.poll());
            }
            return queue1.poll();
        }else {
            int size = queue2.size();
            for (int i = 0; i < size-1; i++) {
                queue1.offer(queue2.poll());
            }
            return queue2.poll();
        }
    }

1.3返回栈顶元素

在实现pop的基础上,我们将声明一个变量temp来储存每次要移除的元素。

  public int top() {
        if(empty()){
            return -1;
        }
        if (!queue1.isEmpty()){
            int temp = -1;
            int size = queue1.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                temp = queue1.poll();
                queue2.offer(temp);
            }
            return temp;
        }else {
            int size = queue2.size();
            int temp = -1;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                temp = queue2.poll();
                queue1.offer(temp);
            }
            return temp;
        }
    }

1.4判断栈是否为空

当队列一和队列二都为空时,此时栈就为空。

public boolean empty() {
        return queue1.isEmpty()&&queue2.isEmpty();
    }

二.用栈模拟实现队列

我们也是用两个栈来模拟实现队列

2.1 入队

我们将所有入队的元素都放入栈一中,如下图
Java 栈和队列的交互实现_第5张图片

public void push(int x) {
          stack1.push(x);
    }

2.2出队

要出栈时,如果栈二不为空,就出栈二中的元素,如果栈二为空,将栈一中的所有元素一次性的全部push到栈二中,此时就将入栈的元素全部倒转过来了,(例如入栈时在栈中的入栈顺序依次排序为18 25 35,栈二中此时的元素入栈顺序是35 25 18,出栈时就先出18,就完成了转换)如下图

Java 栈和队列的交互实现_第6张图片

 public int pop() {
           if(empty()){
               return -1;
           }
           if (stack2.isEmpty()){
               while (!stack1.isEmpty()){
                   stack2.push(stack1.pop());
               }
           }
           return stack2.pop();
    }

2.3peek

peek只是将出队时的pop换成peek,就可以完成要求。

public int peek() {
        if(empty()){
            return -1;
        }
        if (stack2.isEmpty()){
            while (!stack1.isEmpty()){
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
        return stack2.peek();
    }

2.4判断队列是否为空

如果栈一和栈二都为空时,那么队列就为空。

 public boolean empty() {
          return stack1.isEmpty() && stack2.isEmpty();
    }

三.完整代码

3.1 队列模拟实现栈

class MyStack {

    Queue<Integer> queue1 ;
    Queue<Integer> queue2 ;
    public MyStack() {
         queue1 = new LinkedList<>();
         queue2 = new LinkedList<>();
    }
    public void push(int x) {
        if(empty()){
            queue1.offer(x);
            return;
        }
        if(!queue1.isEmpty()){
            queue1.offer(x);
        }else {
            queue2.offer(x);
        }
    }

    public int pop() {
        if(empty()){
            return -1;
        }
        if(!queue1.isEmpty()){
            int size = queue1.size();
            for (int i = 0; i < size-1; i++) {
                queue2.offer(queue1.poll());
            }
            return queue1.poll();
        }else {
            int size = queue2.size();
            for (int i = 0; i < size-1; i++) {
                queue1.offer(queue2.poll());
            }
            return queue2.poll();
        }
    }

    public int top() {
        if(empty()){
            return -1;
        }
        if (!queue1.isEmpty()){
            int temp = -1;
            int size = queue1.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                temp = queue1.poll();
                queue2.offer(temp);
            }
            return temp;
        }else {
            int size = queue2.size();
            int temp = -1;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                temp = queue2.poll();
                queue1.offer(temp);
            }
            return temp;
        }
    }

    public boolean empty() {
        return queue1.isEmpty()&&queue2.isEmpty();
    }
}

3.2栈模拟实现队列

class MyQueue {
    public Stack<Integer> stack1 ;
    public Stack<Integer> stack2;
    public MyQueue() {
     stack1 = new Stack<>();
     stack2 = new Stack<>();
    }

    public void push(int x) {
          stack1.push(x);
    }

    public int pop() {
           if(empty()){
               return -1;
           }
           if (stack2.isEmpty()){
               while (!stack1.isEmpty()){
                   stack2.push(stack1.pop());
               }
           }
           return stack2.pop();
    }

    public int peek() {
        if(empty()){
            return -1;
        }
        if (stack2.isEmpty()){
            while (!stack1.isEmpty()){
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
        return stack2.peek();
    }

    public boolean empty() {
          return stack1.isEmpty() && stack2.isEmpty();
    }
}

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