目錄
- 一、背景
- 二、概念
- 2.1 棧
- 2.2 隊列
- 三、棧和隊列的相互實現
- 3.1 用隊列實現棧
- 3.2 用棧實現隊列
- 四、總結
一、背景
棧和隊列是數據結構中最常用到的兩種結構，有非常廣泛的運用，該篇文章將通過動畫的手段，展示棧和隊列相互實現的底層原理，讓我們真正搞懂棧和隊列的特性。
二、概念
2.1 棧
棧[Stack]:是一種限定僅在表尾進行插入和刪除操作的線性表；即後進先出（LIFO-last in first out），最後插入的元素最先出來
- 入棧（push）
- 出棧 (pop)
2.2 隊列
隊列[Queue]：是一種限定僅在表頭進行刪除操作，僅在表尾進行插入操作的線性表；即先進先出（FIFO-first in first out）:最先插入的元素最先出來。
- 入隊(enqueue)
- 出隊(dequeue)
三、棧和隊列的相互實現
3.1 用隊列實現棧
-
模擬入棧的實現原理
— 棧的特性是新加入的元素出現在棧頂，保證後進先出。
— 隊列的特性為新加入的元素出現在隊尾，隊列的隊尾元素最後出隊。
— 按以上兩個前提，我們可以讓隊頭至隊尾前的其它所有元素依次出隊再入隊，直至在隊尾新加入的元素被移到隊頭，也即實現了讓新壓入的元素保留在棧頂。 -
模擬出棧的實現原理
— 由於在入棧時保證隊列中新加入隊尾的元素被移到了隊頭，出棧只需彈出隊頭元素即可。 -
完整代碼實現
/**
* 用隊列模擬實現棧
*
* @author zhuhuix
* @date 2020-06-09
*/
public class QueueImplStack {
// 定義隊列
private Queue<Integer> queue;
public QueueImplStack() {
queue = new LinkedList();
}
// 入棧--在隊尾加入元素后,讓其他元素按順序出隊再入隊，保持新加入的元素永遠在隊頭
public void push(Integer e) {
queue.offer(e);
int size = queue.size();
int i = 0;
while (i < size - 1) {
queue.offer(queue.poll());
i++;
}
}
// 出棧--將隊尾前的其它所有元素出隊再入隊，直至隊尾元素移到隊頭
public Integer pop() {
return queue.poll();
}
// 查看棧頂元素--即隊頭元素
public Integer peek() {
return queue.peek();
}
// 是否為空
public boolean isEmpty() {
return queue.isEmpty();
}
public static void main(String[] args) {
QueueImplStack stack = new QueueImplStack();
stack.push(1);
System.out.println(stack.peek());
stack.push(2);
System.out.println(stack.peek());
stack.push(3);
System.out.println(stack.peek());
System.out.println("=============");
System.out.println(stack.pop());
System.out.println(stack.pop());
System.out.println(stack.pop());
System.out.println(stack.isEmpty());
}
}
3.2 用棧實現隊列
- 模擬入隊的實現原理
— 隊列的特性最新入隊的元素需排在隊尾，最先入隊的元素排在隊頭，按隊頭到隊尾的順序依次出隊。
— 對應到棧的數據結構上，也即需將新加入的元素保留在棧頂，保證先進先出。
— 按以上兩個前提，需在存放數據的棧的基礎上再增加一個輔助棧，在每次入隊時，先將存放數據的棧彈入輔助棧，再把需加入的新元素壓入數據棧底，最後把輔助棧中的元素彈出依次壓入數據棧，這樣保證了新加入的元素，沉在棧底。– 模擬出隊的實現原理
— 由於在入隊時，通過數據棧與輔助棧的交換，實現了后加入的元素沉在棧底，先進入的元素保留在棧頂，直接通過出棧彈出即可。- 完整代碼實現
/**
* 用棧模擬實現隊列
*
* @author zhuhuix
* @date 2020-06-09
*/
public class StackImplQueue {
// 數據棧
private Stack<Integer> stack;
// 輔助棧
private Stack<Integer> aux;
StackImplQueue() {
stack = new Stack<>();
aux = new Stack<>();
}
// 入隊--通過數據棧與輔助棧相互交換，保證新加入的元素沉在數據棧底
public void enqueue(Integer e) {
while (!stack.isEmpty()) {
aux.push(stack.pop());
}
stack.push(e);
while(!aux.isEmpty()){
stack.push(aux.pop());
}
}
// 出隊--彈出數據棧元素
public Integer dequeue(){
return stack.pop();
}
// 查看隊頭元素
public Integer peek(){
return stack.peek();
}
// 是否為空
public boolean isEmpty(){
return stack.isEmpty();
}
public static void main(String[] args) {
StackImplQueue queue = new StackImplQueue();
queue.enqueue(1);
System.out.println(queue.peek());
queue.enqueue(2);
System.out.println(queue.peek());
queue.enqueue(3);
System.out.println(queue.peek());
System.out.println("=============");
System.out.println(queue.dequeue());
System.out.println(queue.dequeue());
System.out.println(queue.dequeue());
}
}
四、總結
通過以上棧和隊列相互交叉的實踐，我們對棧和隊列的重大特性有了深入了解：
- 棧和隊列都是線性連續結構，增加和刪除元素不會影響破此連續性
- 棧通過棧頂的操作實現元素的增加與刪除，也即只能在一端進行操作
- 隊列通過隊尾增加元素，隊頭刪除元素，也即可以在兩端操作
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