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Java栈与队列怎么实现

PHPz

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发布时间:2023-04-20 10:43:06

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来源于亿速云

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    1、实现循环队列

    【oj链接】

    循环队列一般通过数组实现。我们需要解决几个问题。

    (1)数组下标实现循环

    a、下标最后再往后(offset 小于 array.length): index = (index + offset) % array.length。通俗一点,就是如果我们的数组大小为8,下标走到了7,再往后如何回到0,我们可以(index+1)%8来实现。

    Java栈与队列怎么实现

    b、下标最前再往前的时候,我们特殊判断一下,将其置为数组大小减一即可。

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    (2)区分队列的满与空

    我们可以给数组预留一个位置,如果rear+1=front,则表示队列已满;如果rear=front,表示队列为空。这个情况下,我们需要考虑队列大小的问题,在定义数组大小时,需要比原有的大一。

    Java栈与队列怎么实现

     【代码如下】

    class MyCircularQueue {
        public int front;
        public int rear;
        public int[] array;
     
        //构造方法
        public MyCircularQueue(int k) {
           //因为预留位置的缘故,数组的大小要定义为k+1
           this.array=new int[k+1];
        }
        //入队
        public boolean enQueue(int value) {
            if(isFull()){
                return false;
            }
            this.array[this.rear]=value;
            this.rear=(this.rear+1)%this.array.length;
            return true;
        }
        //出队
        public boolean deQueue() {
            if(isEmpty()){
                return false;
            }
            this.front=(this.front+1)%this.array.length;
            return true;
        }
        //获取队头
        public int Front() {
            if(isEmpty()){
                return -1;
            }
            return this.array[front];
        }
        //获取队尾
        public int Rear() {
            if(isEmpty()){
                return -1;
            }
            int index=-1;
            if(this.rear==0){
                index=this.array.length-1;
            }else{
                index=this.rear-1;
            }
            return this.array[index];
        }
        //判断是否为空
        public boolean isEmpty() {
            if(this.front==this.rear){
                return true;
            }
            return false;
        }
        //判断队列是否满
        public boolean isFull() {
            if((this.rear+1)%this.array.length==this.front){
                return true;
            }
            return false;
        }
    }

    2、队列实现栈

    【oj链接】

    因为栈的先进后出、队列的先进先出原则。我们需要两个队列来实现栈。当两个队列都为空时,栈为空。

    • 入栈(push):第一次入栈无所谓,两个队列都为空,随便选择一个队列入队即可;后面入栈时,肯定会有一个队列不为空,找到不为空的队列,进行入队操作。

    • 出栈(pop):首先栈为空时,不能进行出栈操作;栈不为空时,肯定有一个队列为空(queue1),一个队列不为空(queue2),将queue1中的size-1个元素出栈到queue2中(特别注意不能将求queue1大小的函数放进循环里,queue进行出队操作时,其大小是改变的),最后将queue1中最后一个元素进行出队最为返回值。

    • 获取栈顶元素(top):和出栈差不多,就不细说了

    【代码如下】

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    class MyStack {
        private Queue<Integer> queue1;
        private Queue<Integer> queue2;
     
        //构造方法
        public MyStack() {
            queue1=new LinkedList<>();
            queue2=new LinkedList<>();
        }
        //入栈
        public void push(int x) {
            if(!queue2.isEmpty()){
                queue2.offer(x);
            }else{
                queue1.offer(x);
            }
        }
        //出栈
        public int pop() {
            if(empty()){
                return -1;
            }
            if(queue1.isEmpty()){
                int size=queue2.size();
                for(int i=0;i<size-1;++i){
                    int x=queue2.poll();
                    queue1.offer(x);
                }
                return queue2.poll();
            }else{
                int size=queue1.size();
                for(int i=0;i<size-1;++i){
                    int x=queue1.poll();
                    queue2.offer(x);
                }
                return queue1.poll();
            }
        }
        //获取栈顶元素
        public int top() {
            if(empty()){
                return -1;
            }
            if(queue1.isEmpty()){
                int x=-1;
                int size=queue2.size();
                for(int i=0;i<size;++i){
                    x=queue2.poll();
                    queue1.offer(x);
                }
               return x;
            }else{
                int size=queue1.size();
                int x=-1;
                for(int i=0;i<size;++i){
                    x=queue1.poll();
                    queue2.offer(x);
                }
                return x;
            }
        }
        //判断栈是否为空
        public boolean empty() {
            if(queue1.isEmpty()&&queue2.isEmpty()){
                return true;
            }
            return false;
        }
    }

    3、栈实现队列

    【oj链接】

    还是和上面一样,需要用到两个栈(stack1、stack2)。和实现栈列不同的是,入队只能对同一个栈进行操作。如果两个栈都为空,则队列为空。

    • 入队(push):规定stack1用来入队。每次入队时,对stack1进行入栈操作即可。

    • 出队(pop):规定stack2进行出队操作。如果队列为空时,不能进行出队操作。当stack2为空时,我们需要将stack1中所有元素出栈,放入stack2中,然后对stack2进行出栈操作。如果stack2不为空,则直接对stack2进行出栈操作即可。

    • 获取队列开头元素(peek):和出栈操作相同,最后只需要获取stack2的栈顶元素即可。

    【代码如下】

    class MyQueue {
        private Stack<Integer> stack1;
        private Stack<Integer> stack2;
        //构造方法
        public MyQueue() {
            stack1=new Stack<>();
            stack2=new Stack<>();
        }
        //入队操作
        public void push(int x) {
            stack1.push(x);
        }
        //出队操作
        public int pop() {
            if(stack2.empty()){
                int size=stack1.size();
                for(int i=0;i<size;++i){
                    int x=stack1.pop();
                    stack2.push(x);
                }
            }
            return stack2.pop();
     
        }
        //获取队列开头的元素
        public int peek() {
            if(stack2.empty()){
                int size=stack1.size();
                for(int i=0;i<size;++i){
                    int x=stack1.pop();
                    stack2.push(x);
                }
            }
            return stack2.peek();
        }
        //判断队列是否为空
        public boolean empty() {
            if(stack1.empty()&&stack2.empty()){
                return true;
            }
            return false;
        }
    }

    4、实现最小栈

    【oj链接】

    其实就是要在O(1)的时间复杂度内找到栈的最小元素。需要两个栈来实现,一个栈来进行出栈、入栈操作。只需要保证不管如何操作,另一个栈的栈顶元素都是当前栈的最小元素即可。

    两个栈stack1、stack2,站的操作都在stack1中:

    • 入栈:如果第一次入栈,我们需要将其也放入stack2中,之后的入栈,将入栈元素与stack2的栈顶元素进行比较,如果其小于stack2的栈顶元素,则将其放入stack2中。

    • 出栈:对stack1出栈时,将其与stack2的栈顶元素进行比较,如果其等于stack2的栈顶元素,则对stack2进行出栈操作。

    这样就能保证stack2的栈顶元素总是stack1的最小元素。注意:如果stack1中入栈两个相同的最小元素,都需要对stack2进行入栈。

    【代码如下】

    class MinStack {
        private Stack<Integer> stack1;
        private Stack<Integer> stack2;
        //构造方法
        public MinStack() {
            stack1=new Stack<>();
            stack2=new Stack<>();
        }
        //入栈
        public void push(int val) {
            stack1.push(val);
            if(stack2.empty()){
                stack2.push(val);
            }else{
                if(val<=stack2.peek()){
                    stack2.push(val);
                }
            }
        }
        //出栈
        public void pop() {
            int x=stack1.pop();
            if(x==stack2.peek()){
                stack2.pop();
            }
        }
        //获取栈顶元素
        public int top() {
            return stack1.peek();
        }
        //获取栈的最小元素
        public int getMin() {
            return stack2.peek();
        }
    }

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