【Java数据结构】栈与队列 经典面试题——解题笔记+动图思路
1. 实现一个最小栈
题目:
思路:
实现代码
2. 括号匹配问题
题目:
思路:
实现代码
3. 用队列实现栈
题目:
思路:
实现代码:
4. 用栈实现队列
题目:
思路:
实现代码:
5. 设计循环队列
题目:
思路:
实现代码:
1. 实现一个最小栈
题目:
思路:
把题目要求的最小栈内部分为两个栈,一个stack用于储存所有元素,另一个min_stack用于储存最小的元素
压入第一个元素时,这个元素就是当前栈里最小元素,所以不光要压入stack栈中也要压入min_stack栈中
压入第二个元素的时候,要判断这个元素是否小于min_stack里的栈顶元素,如果小于,则将其压入min_stack
总之min_stack栈顶元素要始终保持是栈里最小的元素
删除栈顶元素的时候,除了要弹出stack里的栈顶元素
还要判断这个栈顶元素是否和min_stack栈里的栈顶元素相同,如果相同则要把min_stack栈里的栈顶元素也弹出
因为min_stack只是辅助栈,一个元素如果在储存元素的栈里都没了,辅助栈里怎么能还有呢?
获取栈顶元素就简单了,直接用java自带的方法peek()就好了,只是获取,不操作
检索最小元素就更简单了,min_stack栈是用来干嘛的?
就是用来存最小元素的嘛,直接弹出min_stack栈栈顶元素可以了
这个栈顶元素必然是整个栈里的最小元素
实现代码
class MinStack { Stack<Integer> stack; Stack<Integer> MinStack; public MinStack() {//构造两个栈,一个普通栈,一个辅助栈 stack = new Stack<>(); MinStack = new Stack<>(); } public void push(int val) { stack.push(val);//压入元素 if(MinStack.isEmpty()){ MinStack.push(val);如果两个栈都是空,也要将此元素压入辅助栈 } else{ if(val <= MinStack.peek())//如果新压入的元素小于辅助栈栈顶元素 MinStack.push(val);//将新元素压入辅助栈 } } public void pop() { //如果从普通栈中弹出的元素等于辅助栈的栈顶元素,那么也要将此元素从辅助栈弹出 if(stack.pop().equals(MinStack.peek())){//这里要用eqauls,不能用==,pop方法和peek方法返回的是一个object类型,也就是两个对象,我们要比较对象的值,如果用==,比较的是对象的地址 MinStack.pop();//弹出辅助栈栈顶元素 } } public int top() { if(MinStack.isEmpty()){ return -1; } return stack.peek();//查看普通栈栈顶元素 } public int getMin() { if(MinStack.isEmpty()){ return -1; } return MinStack.peek();//查看辅助栈栈顶元素 } }
2. 括号匹配问题
题目:
思路:
- 左括号和右括号是
匹配关系
,考虑用栈的方法实现
- 栈里只放三种
左括号
- 遍历字符串,
遇到左括号,将其入栈
,遇到右括号,就查看栈顶的左括号,看是否能匹配
。如果能匹配上,就将此左括号出栈(删除)
,如果最后栈为空,那么它是有效的括号,反之不是。
实现代码
3. 用队列实现栈
题目:
思路:
栈是先进后出,队列是先进先出,所以这里用两个队列来回倒,从而实现栈
抓住一个关键点,不管入栈还是出栈,都找不为空的队列进行操作
入栈时,找到不为空的队列,从队列尾部插入元素即可,就达到了入栈的效果
出栈时,找到不为空的队列,将size-1个元素加入到另一个空的队列里,然后把这个队列最后一个元素出列,就达到了出栈效果
返回栈顶元素方法与出栈类似(注意,只查看,不删除),不过要设置一个临时变量tmp储存最后出队的那个元素,而且最后出队的这个元素也要继续加入另一个队列,不然就是出栈操作了
实现代码:
class MyStack { //创建两个队列 Queue<Integer> que1; Queue<Integer> que2; public MyStack() { que1 = new LinkedList<>();//队列是接口,不能直接实例化 que2 = new LinkedList<>();//队列是由链表实现的,所以要用链表来实例化队列 } public void push(int x) { if(empty()){//一开始两个队列都是空的时候,默认将第一个元素插入到que1中 que1.offer(x); }else{//从第二个元素开始,哪个队列不为空,对哪个队列进行插入操作 if(que1.isEmpty()){ que2.offer(x); }else{ que1.offer(x); } } } public int pop() { if(empty()){ return -1; } //出栈也是找哪个队列不为空,就对哪个队列进行操作 if(que1.isEmpty()){ int size = que2.size(); for(int i =0 ; i<size-1 ;i++){ int tmp = que2.poll(); que1.offer(tmp); } return que2.poll(); }else{ int size = que1.size(); for(int i =0 ; i<size-1 ;i++){ int tmp = que1.poll(); que2.offer(tmp); } return que1.poll(); } } public int top() { if(empty()){ return -1; } //查看栈顶元素,和出栈类似,只不过记得把队列最后一个元素继续插入到另一个队列的最后 //不然就是出栈操作了 if(que1.isEmpty()){ int size = que2.size(); int tmp = -1; for(int i =0 ; i<size ;i++){ tmp = que2.poll(); que1.offer(tmp); } return tmp; }else{ int size = que1.size(); int tmp = -1; for(int i =0 ; i<size ;i++){ tmp = que1.poll(); que2.offer(tmp); } return tmp; } } public boolean empty() { return que1.isEmpty() && que2.isEmpty(); } }
4. 用栈实现队列
题目:
思路:
队列是先进先出,需要用到两个栈才能实现队列
指定S1为输入栈,S2为输出栈
入队时,直接将元素压入S1栈即可
出队时,要将输入栈S1中的元素依次出栈,并压入输出栈S2中,然后将S2栈顶元素出栈,这样就能实现先入队的元素先出队,有一点要注意,只有S2为空的时候,才能将输入栈S1中的元素移到S2中,不然会打乱队列顺序!
实现代码:
5. 设计循环队列
题目:
思路:
要设计一个循环队列,用到的是一个数组,需要设置一个front下标表示队列首元素,rear下标,表示尾元素后一个可用位置的下标
有三个关键问题要解决:
①front和rear相遇之后,队列到底是空了还是满了?
答:每次再放元素的时候,都去判断rear位置的下一个位置是不是front,如果是,就满了,所以要预留一个空间,不放元素
②rear每次存放完成之后,能不能进行rear=rear+1
③front每次出队之后,能不能进行front=front+1
答:rear和front都不能直接+1,因为假设7个元素的循环队列,下标走到6了,6+1=7 数组此时能访问7下标嘛?不能,所以研究处一个公式rear/front = (rear/front+1)%len就能表示下一个位置了
实现代码:
class MyCircularQueue { private int[] elem; //数组 private int front;// 头 private int rear;//尾巴下标 当前可以存放元素的下标 public MyCircularQueue(int k) { //这里为什么是k+1: 题的描述指定要放k个,因为用我的方法实现的时候就是多一个空间出来的 this.elem = new int[k+1]; this.rear = 0; this.front = 0; } //入队 public boolean enQueue(int value) { if(isFull()) //判断循环队列满了没有 return false;//满了就返回false this.elem[this.rear] = value;//没满就给rear位置插入元素 this.rear = (this.rear+1)%this.elem.length;//然后rear下标往后走一步 //this.rear = this.rear+1; return true; } //删除 出队 public boolean deQueue() { if(isEmpty()) {//先判断循环队列是否空 return false;//空的就返回false } //循环队列不为空,就将首元素位置,front往后走一步 //原来的元素会被以后加入的覆盖掉,或者不再能被访问到 this.front = (this.front+1)%this.elem.length; return true; } //得到队头元素 public int Front() { if(isEmpty()) {//依旧先判断是否为空 return -1; } return this.elem[this.front]; } //得到队尾元素 注意:当rear == 0下标的时候 public int Rear() { if(isEmpty()) {//依旧先判断是否为空 return -1; } //这里注意一个问题,我们已经知道rear-1位置就是队尾元素,可是当rear=0的时候,0-1=-1,这样不就出错了?所以遇到这种情况的时候用 循环队列的长度-1 就是0下标的上一个位置了 int index = (this.rear == 0) ? this.elem.length-1 : this.rear-1; return this.elem[index]; } public boolean isEmpty() { //只要他两相遇了 那么就是空的队列 if(this.front == this.rear) { return true; } return false; } public boolean isFull() { //判断rear位置的下一个位置是不是front,如果是,就满了 if((this.rear+1) % this.elem.length == this.front) { return true; } return false; } }