数据机构— 栈和队列

栈 Stack

栈的特性：

· 一种线性结构

· 相比数组，栈对应的操作是数组的一个子集

· 只能从一段添加和取出元素（这一端称为栈顶）

· 栈是一种后进先出的数据结构——Last In First Out  (LIFO)

            

 如图 有元素1 2 3 4  进栈顺序为 1 2 3 4，最后进栈的元素4最先出栈。

栈的应用：

 Undo操作（撤销）：例如写代码的时候写错的，利用快捷键Ctrl+Z撤销最近一次的操作，它就是将每次操作保存在一个栈中，当执行撤销操作的时候就将栈顶的元素出栈。

程序调用系统栈：

如：现有三个函数A调用B,B调用C。

 从A开始执行到第二行A2的时候去执行B函数，此时将记录的A2入栈，然后执行B到B2的时候将用于记录的B2入栈，然后执行C。

C没有子函数跳转所以不需要记录，执行完了C，此时找到栈顶元素B2将其出栈，就知道接下来应该接着执行函数B的B2后面一行，B函数执行完后将找到栈顶元素A2将其出栈,然后执行A函数A2后面一行，函数执行完成，此时栈为空，则此次函数调用完成。

栈的实现：

github:https://github.com/GuZhC/dataStructureCoding

public class ArrayStack<E> implements Stack<E> {

    private Array<E> array;

    public ArrayStack(int capacity){
        array = new Array<>(capacity);
    }

    public ArrayStack(){
        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 push(E e){
        array.addLast(e);
    }

    @Override
    public E pop(){
        return array.removeLast();
    }

    @Override
    public E peek(){
        return array.getLast();
    }

    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Stack: ");
        res.append('[');
        for(int i = 0 ; i < array.getSize() ; i ++){
            res.append(array.get(i));
            if(i != array.getSize() - 1)
                res.append(", ");
        }
        res.append("] top");
        return res.toString();
    }
}

时间复杂度:均为O(1)

这里底层用的动态数组实现，也可以用链表，树等其他数据结构实现。

队列 Queue

特性：

·队列也是 一种线性数据结构

·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（队首）取出元素

· 栈是一种先进先出的数据结构——First In First Out  (FIFO)

添加顺序：1 2 3  出队顺序；1 2 3 

实现：队列的底层可以用数组来实现，也可以用链表，树等来实现

代码见github ArryQueue

时间复杂度：如果是动态数组数现，那么由于出队需要将元素全部往前移动一个位置，所以出队为O(n),其他为O(1)

循环队列：

核心就是在基本的队列的基础上,把动态数组想像成首尾相连接的，实现的时候添加两个变量front、tail，来分别记录队头和队尾对应的索引。出队入队，就操作front、tail索引对应的元素。

当然还需要判断一些临界条件如：当tail指向最后一个元素时在添加元素，此时应判断数组头是否还有空间有就该添加到数组头；当front == tail时则队列为空。具体代码见github LoopQueue。

循环队列出队操作就不需要移动元素在数组中的位置,从而使得出队时间复杂度也为O(1)。