java数据结构YZP专栏版-----堆栈

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原创 2024-03-05 11:15:49 716 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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主文章（数据结构的索引目录—进不去就说明我还没写完）
`https://blog.youkuaiyun.com/grd_java/article/details/122377505`

模拟数据结构的网站：`https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/Algorithms.html`

源码

码云：https://gitee.com/yin_zhipeng/data_structures_and_algorithms_in_java.git

堆栈

1. 堆栈，先入后出的数据结构。
2. 同一时刻只允许访问一个数据项，也就是最后一个数据

文章目录

一、堆栈
- 1. 数组实现（Stack Array Implementation）
- 2. 链表实现（Linked List Implementation）
二、实战
- 1. 字符串反转
- 2. 括号匹配

一、`堆栈`

1. `数组实现（Stack Array Implementation）`

动画演示

入栈

出栈

实现思路

定义一个数组表示栈
定义一个变量top指向可以入栈的位置初始为0（也可以初始-1，指向最后一个数据）
入栈：以top为下标插入数据，然后top后移
出栈：以top为下标取出数据，然后top前移

代码：com/yzpnb/data_structures/stack/array_implementation/Stack.java

运行效果

import java.util.Arrays;

public class Stack<E> {
    private int top = 0;//栈顶指针，总是指向最后一个可插入位置，如果等于array.length，表示栈满
    private Object[] array;//用数组实现
    //构建栈
    public Stack(){
        this.array = new Object[10];//默认栈初始大小10
        System.out.println("栈初始成功！！！初始大小10");
    }
    public Stack(int size){
        this.array = new Object[size];//指定栈大小
        System.out.println("栈初始成功！！！初始大小"+size);
    }

    //栈满
    public boolean isFull(){
        return top==array.length;
    }
    //栈空
    public boolean isEmpty(){
        return top == 0;
    }
    //数组扩容
    private void arrayExtend(){
        array = Arrays.copyOf(array, array.length * 2);
    }

    //入栈
    public void push(E o){
        if(isFull()){//栈满扩容
            arrayExtend();
            System.out.println("栈满扩容");
        }
        array[top] = o;
        top++;
        System.out.println((E)o+"入栈成功");
    }
    //返回栈顶数据，不对栈做操作
    public E peek(){
        if(isEmpty()){
            return null;
        }
        return (E)array[top-1];
    }

    //出栈
    public E pop(){
        if(top == 0){
            throw new RuntimeException("栈已空！！！");
        }
        System.out.print("出栈");
        return (E)array[--top];
    }

    //测试程序
    public static void main(String[] args) {
        Stack<Integer> integerStack = new Stack<>(2);
        integerStack.push(1);
        integerStack.push(2);
        integerStack.push(3);
        System.out.println(integerStack.pop());
        System.out.println(integerStack.pop());
        System.out.println(integerStack.pop());
        System.out.println(integerStack.pop());
    }
}

2. `链表实现（Linked List Implementation）`

动画演示

入栈

出栈

实现思路

定义一个链表作为栈，链表每个结点拥有一个前驱
定义一个变量top指向栈尾（链表最后一个结点）
入栈：链表长度为空，top指向当前插入结点，当前插入结点前驱为null；否则让新插入结点前驱指向当前top指向的结点，然后top指向当前插入结点
出栈：top当前指向结点返回，top前移

代码：com/yzpnb/data_structures/stack/linked_list_implementation/Stack.java

运行效果

public class Stack<E> {
    /**
     * 链表结点
     */
    private static class Node<E> {
        E item;
        Stack.Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element) {
            this.item = element;
            this.prev = prev;
        }
    }

    private Node<E> top = null;//栈顶，初始为空

    private final Integer MAXSIZE = 65536;//栈最大为65536

    private Integer size = 6;//当前栈大小，初始为6

    private Integer length = 0;//当前元素个数

    //构建栈
    public Stack(){
        System.out.println("栈初始成功,当前栈没有元素，大小为6");
    }
    public Stack(int size){
        this.size = size;
        System.out.println("栈初始成功,当前栈没有元素，大小为"+size);
    }
    public Stack(E e){//直接构建头结点
        Node<E> eNode = new Node<>(null, e);
        this.length++;
        this.top = eNode;
        System.out.println("栈初始成功！！！当前栈顶元素为："+top.item+",栈大小为6");
    }
    public Stack(E e,int size){//直接构建头结点,指定初始大小
        this.size = size;
        Node<E> eNode = new Node<>(null, e);
        this.top = eNode;
        this.length++;
        System.out.println("栈初始成功！！！当前栈顶元素为："+top.item+",栈大小为"+size);
    }

    //栈满
    public boolean isFull(){
        return length == size;
    }
    //栈空
    public boolean isEmpty(){
        return length == 0;
    }
    //扩容，每次*2
    private void extendStack(){
        if(size == MAXSIZE){
            throw new RuntimeException("栈大小已达上限！！！");
        }
        if(size*2>=MAXSIZE){
            size = MAXSIZE;
        }else if(size*2<MAXSIZE) {
            size *= 2;
        }
    }

    //入栈
    public void push(E e){
        if(isFull()){//栈满扩容
            extendStack();
            System.out.println("栈满扩容");
        }
        if(top == null){
            Node<E> eNode = new Node<>(null, e);
            this.top = eNode;
            this.length++;
        }else{
            Node<E> eNode = new Node<>(top, e);
            this.top = eNode;
            this.length++;
        }
        System.out.println((E)e+"入栈成功");
    }
    //返回栈顶数据，不对栈做操作
    public E peek(){
        if(isEmpty()){
            return null;
        }
        return top.item;
    }

    //出栈
    public E pop(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("栈已空！！！");
        }
        System.out.print("出栈");
        E item = top.item;
        top = top.prev;
        this.length--;
        return item;
    }

    //测试程序
    public static void main(String[] args) {
        Stack<Integer> integerStack = new Stack<>(2);
        integerStack.push(1);
        integerStack.push(2);
        integerStack.push(3);
        System.out.println(integerStack.pop());
        System.out.println(integerStack.pop());
        System.out.println(integerStack.pop());
        System.out.println(integerStack.pop());
    }
}

二、`实战`

1. `字符串反转`

思路

利用栈先进后出特性，依次入栈字符串，然后依次出栈，即可完成反转

动画演示

入栈

出栈

代码：

运行效果

import com.yzpnb.data_structures.stack.array_implementation.Stack;

public class StringReverse {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "apple";
        Stack<Character> characterStack = new Stack<>();
        for (char c : str.toCharArray()) {
            characterStack.push(c);
        }
        StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
        for (int i = 0;i<str.length();i++){
            stringBuffer.append(characterStack.pop());
        }
        System.out.println("\n"+str+"---字符串反转后---"+stringBuffer);
    }
}

2. `括号匹配`

题目：判断字符串括号是否配对

判断字符串中的括号是否配对“a{b(]c}d”,比如这个字符串“(”找不到配对，则程序结束返回不匹配

思路

遇到左括号，就入栈
遇到右括号，出栈，比较，不配对程序结束

代码：com/yzpnb/data_structures/stack/example/bracket_match/BracketMatch.java

运行效果

import com.yzpnb.data_structures.stack.linked_list_implementation.Stack;

public class BracketMatch {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "a{b(]c}d";//不匹配的
//        String str = "{[()]}";//匹配的
        Stack<Character> stack = new Stack<>();
        System.out.println("开始匹配字符串："+str+"的括号是否匹配");
        for (Character c:str.toCharArray()) {
            switch (c){
                case '{' :
                case '[' :
                case '(' :{
                    stack.push(c);
                    break;
                }
                case ')':
                case ']':
                case '}':{
                    System.out.println("匹配右括号："+c);
                    if(stack.isEmpty()){
                        System.out.println("不匹配");
                        return;
                    }
                    Character peek = stack.peek();//就用来输出一下
                    if(!check(c,stack.pop())){
                        System.out.println(peek+"与括号"+c+"不匹配");//输出
                        return;
                    }
                }
            }
        }
        System.out.println("字符串括号完全匹配");
    }
    public static boolean check(char a,char b){
        System.out.println();
        switch (a) {
            case '}':{
                return b=='{';
            }
            case ']':{
                return b=='[';
            }
            case ')':{
                return b=='(';
            }
        }
        return false;
    }
}