数据结构_栈和队列

一、栈

1.概念

• 是一种特殊的线性表，仅允许在固定的一端（栈顶）进行插入和删除元素操作，另一端为栈底。
• 遵循**后进先出（LIFO，Last In First Out）**原则。
• 操作定义：
  • 压栈/进栈/入栈：栈的插入操作，数据在栈顶进入。
  • 出栈：栈的删除操作，数据从栈顶取出。

2.栈的使用

这是一段自定义栈结构的Java代码，包含了栈的核心操作方法，具体分析如下：

方法	功能	实现逻辑
pop()	弹出并返回栈顶元素	通过--top先将栈顶指针减一，再获取对应位置的元素elem[--top]并返回
peek()	获取栈顶元素（不弹出）	直接返回elem[top-1]，即栈顶指针前一位的元素
size()	获取栈中元素个数	返回栈顶指针top的值，因为top的数值就代表了栈中元素的数量
empty()	清空栈	将栈顶指针top置为0，从而实现栈的清空

栈的模拟实现

public class MyStack {int elem[];int top;public MyStack() {elem = new int[10];}//构造一个空栈private Boolean isFull() {if (top == elem.length) {return true;}return false;}private void grow(){elem= Arrays.copyOf(elem, elem.length*2);}//入栈public void push(int x) {if (isFull()) {grow();}elem[top++] = x;}//将栈顶元素取出并返回public int pop() {int x = elem[--top];return x;}//获取栈顶元素public int peek() {return elem[top-1];}//获取栈中有效元素public int size() {return top;}//检测栈是否为空public void empty() {top = 0;}
}

3.栈的应用场景

1.括号匹配

2.出栈入栈次序匹配题

3.逆波兰表达式求值
4.逆序打印链表：递归转循环的实现提取

递归方式

void printList(Node head){if(null != head){printList(head.next);System.out.print(head.val + " ");}
}

原理：利用递归的“回溯”特性，先递归遍历到链表末尾，再从后往前打印节点值，实现逆序。

循环方式（基于栈）

void printList(Node head){if(null == head){return;}Stack<Node> s = new Stack<>();// 步骤1：将链表节点入栈Node cur = head;while(null != cur){s.push(cur);cur = cur.next;}// 步骤2：栈中元素出栈并打印（栈“后进先出”特性实现逆序）while(!s.empty()){System.out.print(s.pop().val + " ");}
}

原理：借助栈的“后进先出”特性，先将链表所有节点按顺序入栈，再依次出栈打印，从而实现逆序。

核心思路对比

实现方式	核心逻辑	优势	劣势
递归	依赖方法调用栈的回溯	代码简洁	链表过长时可能栈溢出
循环（栈）	显式用栈存储节点，再出栈打印	避免栈溢出风险，执行过程更可控	额外消耗栈的空间

5.设计一个支持 push ，pop ，top 操作，并能在常数时间内检索到最小元素的栈。

实现 MinStack 类:

MinStack() 初始化堆栈对象。
void push(int val) 将元素val推入堆栈。
void pop() 删除堆栈顶部的元素。
int top() 获取堆栈顶部的元素。
int getMin() 获取堆栈中的最小元素

二、队列

1. 队列的概念

队列是一种特殊的线性表，具有**先进先出（FIFO）**的特性。仅允许在一端（队尾，Tail/Rear）进行插入操作（入队，Enqueue），在另一端（队头，Head/Front）进行删除操作（出队，Dequeue）。

2.循环队列

循环队列通常使用数组实现
如何区分空和满
1.通过添加size属性纪录
2.保留一个位置
3.使用标记
设计循环队列

3.双端队列(Deque)

允许两端都可以进行入队和出队操作的队列.
Deque是一个接口使用时必须创建LinkList的对象
Deque 接口 :
可同时作为栈和队列使用，在实际工程中应用广泛。
• 实现示例： ◦ 线性实现：Deque stack = new ArrayDeque<>();（可作为栈使用）。
◦ 链式实现：Deque queue = new LinkedList<>();（可作为队列使用）。

4. 经典题目

1.用队列实现栈


2.用栈实现队列