栈
基础特点
- 栈也是一种线性结构
- 相比数组，栈对应的操作是数组的子集
- 只能从一段添加元素，也只能从一段取出元素
- 添加(入栈)或取出(出栈)的那一段称之为栈顶
后进先出 (Last In First Out) LIFO
栈的应用
- 无处不在的Undo操作(撤销操作)
操作系统或程序会将你的操作放进一个栈中。点击撤销的时候，将最后添加的操作出栈。
- 程序调用的系统栈
在程序的运行过程中，去调用另外的程序。若有三个函数A、B、C。在A中运行B，B中运行C。执行过程开始，运行A，当运行到执行B的代码时,将A中此位置进行入栈。开始运行B，在B中运行到执行C的代码，将B中此位置进行入栈。开始运行C，当C运行完了过后，通过栈的数据结构，将B中运行C的位置的元素进行出栈，那么又回到了B，同理，继续向下执行，而后，又回到了A。这样，通过栈，就能让函数运行过后，跳转到上级调用函数。
- 括号匹配
队列 (Queue)
特点
- 队列也是一种线性结构
- 相比数组，队列对应的操作是数组的子集
- 只能从一端(队尾)添加元素，只能从另一端(对首)取出元素
先进先出(First In First Out) FIFO
实现方式
数组队列
缺点: 出队的时间复杂度是O(n)的，这是因为删除队首，会将所有其他的元素都向前移动一个单位。
循环队列
同样可以使用数组结构构成，但是需要维护两个变量，front和tail，分别代表对首和队尾的指针。并且，指针的位置是可以循环使用的，就比如这样一种情况:
一个长度为8的数组，首先新建生成的时候，队首和队尾的指针都指向0,此时，front == tail,队列为空。当后续继续添加元素后，tail指向7，即此时数组的最后一个元素，此时，若队列已出队两次，则位置为 0 、1的空间是可以继续被使用的，那么，tail的指针就应该指向0
这样就有两个特殊点：
- front == tail 队列为空
- (tail + 1) % c == front队列已满
针对队列已满的情况，当循环到tail + 1等于front的时候，说明数组已经在循环使用了，此时，队列已满。第二种情况，当队首是0，队尾是末尾，此时队列还是已满，所有不是tail + 1等于front,而是 (tail + 1) % c == front代表队列已满。当满足(tail + 1) % c == front这种情况时，数组就需要扩容了。
队列实现-使用自定义数组
/*
@date : 2019/09/06
@author : YaPi
@desc : 使用自定义数组实现队列
*/
package queue
import "dtSt/array"
type arrayQueue struct {
array *array.SArray
}
func (s *arrayQueue) String() string {
return s.array.String()
}
func NewArrayQueue() *arrayQueue {
return &arrayQueue{array: array.NewSArray()}
}
func (s *arrayQueue) Size() int {
return s.array.Size()
}
func (s *arrayQueue) IsEmpty() bool {
return s.array.Size() == 0
}
func (s *arrayQueue) Enqueue(q array.E) {
s.array.AddLast(q)
}
func (s *arrayQueue) Dequeue() array.E {
return s.array.RemoveFirst()
}
func (s *arrayQueue) GetFront()array.E {
return s.array.Get(0)
}
测试
/*
@date : 2019/09/06
@author : YaPi
@desc :
*/
package queue
import (
"dtSt/array"
"fmt"
"math/rand"
"strconv"
"testing"
)
type NewInt int
func (ee NewInt) String() string {
return strconv.Itoa(int(ee))
}
func (ee NewInt) CompareTo(e array.E) int {
eeInt := int(ee)
eInt := int(e.(NewInt))
if eeInt > eInt {
return 1
}else if eeInt == eInt{
return 0
}else {
return -1
}
return 0
}
var q arrayQueue
func init() {
a := array.NewSArray()
for i:=0;i<5;i++{
newInt := NewInt(rand.Intn(100))
a.Add(newInt)
}
q := NewArrayQueue()
q.array = a
}
func TestArrayQueue(t *testing.T) {
qq := NewArrayQueue()
qq.Enqueue(NewInt(1))
qq.Enqueue(NewInt(2))
qq.Enqueue(NewInt(3))
qq.Enqueue(NewInt(4))
fmt.Println(qq)
qq.Dequeue()
fmt.Println(qq)
qq.Dequeue()
fmt.Println(qq)
fmt.Println(qq.Size())
fmt.Println(qq.IsEmpty())
fmt.Println(qq.GetFront())
}
输出：
数组长度 : 4 【 1 2 3 4 】
数组长度 : 3 【 2 3 4 】
数组长度 : 2 【 3 4 】
2
false
3
数组队列实现(JAVA)
定义通用队列结构
public interface Queue<E> {
int getSize();
boolean isEmpty();
void enqueue(E e);
E dequeue();
E getFront();
}
定义自定义动态数组实现
public class Array<E> {
private E[] data;
private int size;
// 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
public Array(int capacity){
data = (E[])new Object[capacity];
size = 0;
}
// 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
public Array(){
this(10);
}
// 获取数组的容量
public int getCapacity(){
return data.length;
}
// 获取数组中的元素个数
public int getSize(){
return size;
}
// 返回数组是否为空
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, E e){
if(index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
if(size == data.length)
resize(2 * data.length);
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
// 向所有元素后添加一个新元素
public void addLast(E e){
add(size, e);
}
// 在所有元素前添加一个新元素
public void addFirst(E e){
add(0, e);
}
// 获取index索引位置的元素
public E get(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
return data[index];
}
public E getLast(){
return get(size - 1);
}
public E getFirst(){
return get(0);
}
// 修改index索引位置的元素为e
public void set(int index, E e){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
data[index] = e;
}
// 查找数组中是否有元素e
public boolean contains(E e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i].equals(e))
return true;
}
return false;
}
// 查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
public int find(E e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i].equals(e))
return i;
}
return -1;
}
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public E remove(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
E ret = data[index];
for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
data[i - 1] = data[i];
size --;
data[size] = null; // loitering objects != memory leak
if(size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0)
resize(data.length / 2);
return ret;
}
// 从数组中删除第一个元素, 返回删除的元素
public E removeFirst(){
return remove(0);
}
// 从数组中删除最后一个元素, 返回删除的元素
public E removeLast(){
return remove(size - 1);
}
// 从数组中删除元素e
public void removeElement(E e){
int index = find(e);
if(index != -1)
remove(index);
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));
res.append('[');
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
res.append(data[i]);
if(i != size - 1)
res.append(", ");
}
res.append(']');
return res.toString();
}
// 将数组空间的容量变成newCapacity大小
private void resize(int newCapacity){
E[] newData = (E[])new Object[newCapacity];
for(int i = 0 ; i < size ; i ++)
newData[i] = data[i];
data = newData;
}
}
自定义数组队列实现
public class ArrayQueue<E> implements Queue<E> {
private Array<E> array;
public ArrayQueue(int capacity){
array = new Array<>(capacity);
}
public ArrayQueue(){
array = new Array<>();
}
@Override
public int getSize(){
return array.getSize();
}
@Override
public boolean isEmpty(){
return array.isEmpty();
}
public int getCapacity(){
return array.getCapacity();
}
@Override
public void enqueue(E e){
array.addLast(e);
}
@Override
public E dequeue(){
return array.removeFirst();
}
@Override
public E getFront(){
return array.getFirst();
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append("Queue: ");
res.append("front [");
for(int i = 0 ; i < array.getSize() ; i ++){
res.append(array.get(i));
if(i != array.getSize() - 1)
res.append(", ");
}
res.append("] tail");
return res.toString();
}
public static void main(String[] args){
ArrayQueue<Integer> queue = new ArrayQueue<>();
for(int i = 0 ; i < 10 ; i ++){
queue.enqueue(i);
System.out.println(queue);
if(i % 3 == 2){
queue.dequeue();
System.out.println(queue);
}
}
}
}
循环实现
public class LoopQueue<E> implements Queue<E> {
private E[] data;
private int front, tail;
private int size;
public LoopQueue(int capacity){
// 当容量达到 tail + 1 等于front的时候就需要扩容了，所以需要浪费一个空间，所以这儿就加 1
data = (E[])new Object[capacity + 1];
front = 0;
tail = 0;
size = 0;
}
public LoopQueue(){
this(10);
}
public int getCapacity(){
// 当容量达到 tail + 1 等于front的时候就需要扩容了，所以需要浪费一个空间，所以这儿容积需要减1
return data.length - 1;
}
@Override
public boolean isEmpty(){
return front == tail;
}
@Override
public int getSize(){
return size;
}
@Override
public void enqueue(E e){
if((tail + 1) % data.length == front)
resize(getCapacity() * 2);
data[tail] = e;
tail = (tail + 1) % data.length;
size ++;
}
@Override
public E dequeue(){
if(isEmpty())
throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue.");
E ret = data[front];
data[front] = null;
front = (front + 1) % data.length;
size --;
if(size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0)
resize(getCapacity() / 2);
return ret;
}
@Override
public E getFront(){
if(isEmpty())
throw new IllegalArgumentException("Queue is empty.");
return data[front];
}
private void resize(int newCapacity){
E[] newData = (E[])new Object[newCapacity + 1];
for(int i = 0 ; i < size ; i ++)
newData[i] = data[(i + front) % data.length];
data = newData;
front = 0;
tail = size;
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Queue: size = %d , capacity = %d\n", size, getCapacity()));
res.append("front [");
for(int i = front ; i != tail ; i = (i + 1) % data.length){
res.append(data[i]);
if((i + 1) % data.length != tail)
res.append(", ");
}
res.append("] tail");
return res.toString();
}
public static void main(String[] args){
LoopQueue<Integer> queue = new LoopQueue<>();
for(int i = 0 ; i < 10 ; i ++){
queue.enqueue(i);
System.out.println(queue);
if(i % 3 == 2){
queue.dequeue();
System.out.println(queue);
}
}
}
}