Java数据结构学习DAY4——栈和队列（一）

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#队列 #java #数据结构 #栈

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Java数据结构——栈和队列

1. 栈(Stack)

1.1 概念

栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除元素操作。进行数据插入和删除操作的
一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO（Last In First Out）的原则。
压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。
出栈：栈的删除操作叫做出栈。出数据在栈顶。

1.2实现

（相对来说，顺序表的实现上要比链表更为简单一些）

利用顺序表实现，即使用尾插 + 尾删的方式实现

package java41_0308;

//使用顺序表实现栈
public class MainStack {
    private int[] data = new int[100];
    private int size = 0;

    //基本操作
    //入栈
    public void push(int val) {
        if(size >= data.length) {
            //在这里可以扩容
            return;
        }
        data[size] = val;
        size++;
    }
    //出栈。返回值就是出栈的那个元素
    public Integer pop() {
        if (size == 0) {
            return null;

        }
        //站定元素就是最后一个元素
        int ret = data [size-1];
        size--;
        return ret;
    }
    //3.取栈顶元素
    public Integer Peek() {
        if (size == 0) {
           return null;
        }
        return data[size-1];
    }
}

利用链表实现，则头尾皆可

package java41_0308;


//使用链表来实现栈
class Node {
    int val;
    Node next;
    public Node(int val){
        this.val = val;
    }
}

public class MainStack2 {

    //此处使用不带傀儡节点的链表表示
    //如果使用带傀儡节点的链表的话，就更简单了
    private Node head = null;

    //核心操作
    //1. 入栈
    public void push(int val) {
        Node newNode = new Node(val);
        //把新结点进行头头插
        //由于当前是不带傀儡节点的，所以就需要判定当前链表是空还是非空
        if (head == null) {
            head = newNode;
            return;
        }
        newNode.next = head;
        head = newNode;
    }


    //2.出栈
    public Integer pop() {
        //进行头删。
        if (head == null) {
            return null;
        }
        if (head.next == null) {
            int ret = head.val;
            head = null;
            return ret;
        }
        int ret = head.val;
        head = head.next;
        return ret;
    }


    //3. 取栈顶元素
    public Integer peek() {
        if (head ==null) {
            return null;
        }
        return head.val;
    }
}

2. 队列(Queue)

2.1 概念

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出
FIFO(First In First Out)
入队列：进行插入操作的一端称为队尾（Tail/Rear）
出队列：进行删除操作的一端称为队头（Head/Front）

2.2 实现

队列也可以数组和链表的结构实现，使用链表的结构实现更优一些，因为如果使用数组的结构，出队列
在数组头上出数据，效率比较低

使用链表实现队列

package java41_0308;

//使用链表实现队列
public class MyQueue {
   static class Node {
        int val;
        Node next;

        public Node(int val) {
            this.val = val;
        }
    }

    //创建一个链表的头结点
    //为了方便进行尾插，也记录尾节点
    private Node head = null;
   private Node tail = null;


   //队列的核心操作
    // 1. 入队列。 返回值表示插入成功/失败（也是为了和标准队列的 offer 接口看齐）
    public boolean offer(int val) {
        Node newNode = new Node(val);
        //插入到链表尾部。需要考虑当前链表是否为空
        if (head == null) {
            //直接让 head 和 tail 指向新节点即可
            head = newNode;
            tail = newNode;
            return true;

        }
        tail.next = newNode;
        tail = tail.next;
        return true;

    }



    //2. 出队列
    public Integer poll() {
        if  (head == null) {
            return null;
        }
        int ret = head.val;
        if (head.next == null) {
            head = null;
            return ret;
        }
        head = head.next;
        return ret;
    }



    //3.取栈顶元素


    public static void main(String[] args) {
        //测试一下入队出队操作
        MyQueue myQueue = new MyQueue();
        myQueue.offer(1);
        myQueue.offer(2);
        myQueue.offer(3);
        myQueue.offer(4);

        Integer ret = null;
        ret = myQueue.poll();
        System.out.println("ret=" + ret);
        ret = myQueue.poll();
        System.out.println("ret=" + ret);
        ret = myQueue.poll();
        System.out.println("ret=" + ret);
        ret = myQueue.poll();
        System.out.println("ret=" + ret);
        ret = myQueue.poll();
        System.out.println("ret=" + ret);

    }
}

结果

使用顺序表实现队列

package java41_0308;


//使用数组来实现环形队列
public class MyQueue2 {
    private int[] data = new int[100];
    private int head = 0;
    private int tail = 0;
    private int size = 0;


    //核心操作
    //1.入队列
    public boolean offer(int val) {
        if (size == data.length) {
            //队列满了，此处也可以实现扩容逻辑。
            return false;
        }
        //把新元素放到 tail 对应的下标上，
        data[tail] = val;
        //自增 tail
        tail++;
        //一旦 tail 达到了数组的末尾，就需要让 tail 从头开始
        if (tail ==data.length) {
        tail = 0;
        }
        //这个代码还可以写作
        //tail = tail % data.length;
        //更新 size 的值
        size++;
        return true;
    }

    //2. 出队列
    public Integer poll() {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
        int ret = data[head];
        //更新 head 的位置
        head++;
        if (head == data.length) {
            head = 0;
        }
        size--;
        return ret;
    }

    //3. 取栈顶元素
    public Integer peek() {
        if (size == 0) {
            return null;
        }
        return data[head];
    }
}

2.3 循环队列

实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。如操作系统课程讲解生产者消费者模型时可以就会使用循环队列。循环队列通常使用数组实现。

数组下标循环的小技巧

下标最后再往后(offset 小于 array.length): index = (index + offset) % array.length
下标最前再往前(offset 小于 array.length): index = (index + array.length - offset) % array.length

如何区分空与满