【数据结构】 - 队列 & 栈


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一、队列

1、概念

队列(Queue)是一种常见的数据结构,它按照先进先出(First In First Out,FIFO)的原则进行元素操作。在队列中,新元素总是被添加到队列的末尾,而从队列中移除元素则是从队列的前端进行操作。

2、主要特点:

  1. FIFO原则: 队列中的元素按照它们加入队列的顺序被处理。最先加入队列的元素首先被处理,最后加入的元素则在队列中等待较长的时间。
  2. 两个基本操作: 队列支持两个基本操作,即入队(Enqueue)和出队(Dequeue)。入队操作将元素添加到队列的末尾,而出队操作则移除队列的前端元素。
  3. 先来先服务: 队列的设计符合“先来先服务”(First-Come-First-Serve,FCFS)的原则,即先到达的任务先被执行,后到达的任务排队等待。

3、基本操作:

  1. 入队(Enqueue): 将新元素添加到队列的末尾。
  2. 出队(Dequeue): 从队列的前端移除元素。
  3. 查看队头元素(Front): 获取队列的前端元素但不移除。
  4. 查看队尾元素(Rear): 获取队列的末尾元素但不移除。
  5. 判空(isEmpty): 检查队列是否为空。
  6. 队列大小(Size): 获取队列中元素的数量。

4、应用场景:

  1. 任务调度: 在操作系统中,用于处理进程的任务调度,按照先到先服务的原则。
  2. 广度优先搜索: 在图算法中,广度优先搜索时使用队列来管理节点的访问顺序。
  3. 缓存: 在计算机系统中,队列常被用于实现缓存,按照FIFO原则管理缓存中的数据。
  4. 打印队列: 打印任务按照先到先服务的方式排队等待执行。
  5. 消息队列: 在分布式系统中,用于异步通信和事件处理。

5、java实现一个简单的队列

import java.util.LinkedList;

public class QueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个整数队列
        Queue<Integer> integerQueue = new Queue<>();

        // 入队操作
        integerQueue.enqueue(1);
        integerQueue.enqueue(2);
        integerQueue.enqueue(3);

        // 出队操作
        System.out.println("Dequeue: " + integerQueue.dequeue());
        System.out.println("Dequeue: " + integerQueue.dequeue());

        // 再次入队
        integerQueue.enqueue(4);

        // 打印队列元素
        System.out.print("Queue: ");
        integerQueue.printQueue();
    }

    static class Queue<T> {
        private final LinkedList<T> list = new LinkedList<>();

        // 入队
        public void enqueue(T item) {
            list.addLast(item);
        }

        // 出队
        public T dequeue() {
            if (isEmpty()) {
                throw new IllegalStateException("Queue is empty");
            }
            return list.removeFirst();
        }

        // 检查队列是否为空
        public boolean isEmpty() {
            return list.isEmpty();
        }

        // 获取队列大小
        public int size() {
            return list.size();
        }

        // 打印队列元素
        public void printQueue() {
            for (T item : list) {
                System.out.print(item + " ");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

LinkedList 实现了一个简单的队列。enqueue 方法用于入队,dequeue 方法用于出队,isEmpty 方法检查队列是否为空,size 方法获取队列大小,printQueue 方法打印队列元素。

二、栈

1、概念

栈(Stack)是一种常见的数据结构,它按照后进先出(Last In First Out,LIFO)的原则进行元素操作。在栈中,新元素总是被添加到栈的顶部,而从栈中移除元素也是从栈顶进行操作。

2、主要特点:

  1. LIFO原则: 栈中的元素按照它们加入栈的顺序的相反顺序进行处理。最后加入栈的元素首先被处理,最先加入的元素则在栈中等待较长的时间。
  2. 基本操作: 栈支持两个基本操作,即入栈(Push)和出栈(Pop)。入栈操作将新元素添加到栈的顶部,而出栈操作则移除栈顶元素。
  3. 限定访问点: 栈是一种限定访问点的数据结构,只能在栈顶进行操作。这意味着只能访问、添加和移除栈顶元素,而不能直接访问栈中的其他元素。

3、基本操作:

  1. 入栈(Push): 将新元素添加到栈的顶部。
  2. 出栈(Pop): 从栈的顶部移除元素。
  3. 查看栈顶元素(Top): 获取栈顶元素但不移除。
  4. 判空(isEmpty): 检查栈是否为空。
  5. 栈大小(Size): 获取栈中元素的数量。

4、应用场景:

  1. 函数调用: 在计算机内存中,用于存储函数调用的信息,包括局部变量、返回地址等。
  2. 表达式求值: 在编译器中,用于求解表达式的值,实现递归和运算符优先级的处理。
  3. 括号匹配: 在编程中,用于检查括号的嵌套是否正确匹配。
  4. 浏览器历史记录: 浏览器使用栈来存储用户浏览的页面历史记录。
  5. 撤销机制: 许多应用程序使用栈来实现撤销(Undo)操作,以回退用户的操作历史。
  6. 深度优先搜索: 在图算法中,深度优先搜索使用栈来管理节点的访问顺序。

5、java实现一个简单的栈

import java.util.LinkedList;

public class StackExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个整数栈
        Stack<Integer> integerStack = new Stack<>();

        // 压栈操作
        integerStack.push(1);
        integerStack.push(2);
        integerStack.push(3);

        // 弹栈操作
        System.out.println("Pop: " + integerStack.pop());
        System.out.println("Pop: " + integerStack.pop());

        // 再次压栈
        integerStack.push(4);

        // 打印栈元素
        System.out.print("Stack: ");
        integerStack.printStack();
    }

    static class Stack<T> {
        private final LinkedList<T> list = new LinkedList<>();

        // 压栈
        public void push(T item) {
            list.addLast(item);
        }

        // 弹栈
        public T pop() {
            if (isEmpty()) {
                throw new IllegalStateException("Stack is empty");
            }
            return list.removeLast();
        }

        // 检查栈是否为空
        public boolean isEmpty() {
            return list.isEmpty();
        }

        // 获取栈大小
        public int size() {
            return list.size();
        }

        // 打印栈元素
        public void printStack() {
            for (T item : list) {
                System.out.print(item + " ");
            }
            System.out.println();
        }
    }
}

LinkedList 实现了一个简单的栈。push 方法用于压栈,pop 方法用于弹栈,isEmpty 方法检查栈是否为空,size 方法获取栈大小,printStack 方法打印栈元素。

总结

一定要多思考,如果人永远待在舒适圈的话,人永远不会成长。共勉。

觉得作者写的不错的,值得你们借鉴的话,就请点一个免费的赞吧!这个对我来说真的很重要。૮(˶ᵔ ᵕ ᵔ˶)ა

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