一、栈Stack
1.1 概念
一种特殊的线性表,只允许在固定的一段进行插入和删除元素操作。进行数据的插入和删除操作的一段称为栈顶,另一端称为栈低。栈中的元素遵循后进先出 LIFO(Last In First Out)的原则。
举例:在word中,如果要想进行添加、删除。修改相关信息,则当用户选择撤销时,程序将会返回上一个操作状态。
1.2 栈的使用
方法 | 功能 |
Stack() | 构造一个空栈 |
E push(E e) | 将e入栈,并返回e |
E pop() | 将栈顶元素出栈并返回 |
E peek() | 获取栈顶元素 |
int size() | 获取栈中有效元素个数 |
boolean empty() | 检测栈是否为空 |
public static void main(String[] args) {Stack<Integer> s = new Stack();s.push(1);s.push(2);s.push(3);s.push(4);System.out.println(s.size()); // 获取栈中有效元素个数---> 4System.out.println(s.peek()); // 获取栈顶元素---> 4s.pop(); // 4出栈,栈中剩余1 2 3,栈顶元素为3System.out.println(s.pop()); // 3出栈,栈中剩余1 2 栈顶元素为3if(s.empty()){System.out.println("栈空");}else{System.out.println(s.size());}
}
1.3 模拟实现栈
Stack继承了Vector,Vector和ArrayList类似,都是动态的顺序表,不同的是Vector是线程安全的.
public class MyStack {public int[] elem;public int usedSize;public MyStack() {this.elem = new int[10];}public void push(int val) {if(isFull()) {this.elem = Arrays.copyOf(elem,2*elem.length);}elem[usedSize++] = val;}private boolean isFull() {return usedSize == elem.length;}public int pop() {if(isEmpty()) {throw new EmptyStackException("pop()空栈异常");}int val = elem[usedSize - 1];usedSize--;return val;}public int peek() {if(isEmpty()) {throw new EmptyStackException("peek()空栈异常");}return elem[usedSize - 1];}private boolean isEmpty() {return usedSize == 0;}
}
1.4 栈的应用场景
1. 改变元素的序列
若进栈序列为 1,2,3,4 ,进栈过程中可以出栈,则下列不可能的一个出栈序列是()
A: 1,4,3,2 B: 2,3,4,1 C: 3,1,4,2 D: 3,4,2,1
解析:错误出栈序列的解析如下,正确出栈序列解析同下
2.一个栈的初始状态为空。现将元素1、2、3、4、5、A、B、C、D、E依次入栈,然后再依次出栈,则元素出栈的顺序是( )。
A: 12345ABCDE B: EDCBA54321 C: ABCDE12345 D: 54321EDCBA
解析:根据栈中元素遵循先进后出的原则,得出栈顺序为EDCBA54321
2. 将递归转化为循环链表
// 递归方式
void printList(Node head){if(null != head){printList(head.next);System.out.print(head.val + " ");}
}
// 循环方式
void printList(Node head){if(null == head){return;}Stack<Node> s = new Stack<>();// 将链表中的结点保存在栈中Node cur = head;while(null != cur){s.push(cur);cur = cur.next;}// 将栈中的元素出栈while(!s.empty()){System.out.print(s.pop().val + " ");}
}
3. 括号匹配
首先,判断获取的字符是否是左括号,如果是则插入到栈中;如果栈为空则返回false;如果前两种情况都不是,则此时为右括号,然后判断栈顶元素和当前字符进行匹配,若满足条件则删除栈顶元素,否则返回false。最后当字符串遍历完后,如果栈中还有元素,则此时左括号多,返回false。如果栈为空,则返回true。
class Solution {public boolean isValid(String s) {//创建一个空栈Stack<Character> stack = new Stack<>();for(int i = 0;i < s.length();i++) {//遍历字符串获取字符char ch = s.charAt(i);//如果ch为左括号,则放入栈中if(ch == '(' || ch == '[' || ch == '{' ) {stack.push(ch);}else {//此时ch为右括号//情况1:栈中没有左括号进行匹配,右括号多if(stack.isEmpty()){return false;}//情况2:栈中右左括号,需判断栈顶ch2(右括号)是否和ch(右括号)匹配char ch2 = stack.peek();if( ch2 == '(' && ch == ')' || ch2 == '[' && ch == ']' || ch2 == '{' && ch == '}' ) {stack.pop();}else {//此时,栈不为空,但括号不匹配return false;}}}//字符串已经遍历完了,若栈不为空,则左括号多if(!stack.isEmpty()) {return false;}return true;}
}
4. 逆波兰表达式
class Solution {public int evalRPN(String[] tokens) {Stack<Integer> stack = new Stack<>();for(String str : tokens) {if(isNumber(str)) {int x = Integer.parseInt(str);stack.push(x);}else {int val2 = stack.pop();int val1 = stack.pop();switch (str) {case "+":stack.push(val1 + val2);break;case "-":stack.push(val1 - val2);break;case "*":stack.push(val1 * val2);break;case "/":stack.push(val1 / val2);break;}}}return stack.pop();}private boolean isNumber(String str) {return !(str.equals("+")|| str.equals("-" )|| str.equals("*")|| str.equals("/"));}
}
5. 出栈入栈次序匹配
解析:遍历pushV数组,每次入栈一个元素后,将栈顶元素与popV中下标为j所对应的元素进行比较,如果一样,则可以出栈;不一样,i++。在遍历时,可能会出现多个相同,所以需用到循环
public class Solution {/*** 代码中的类名、方法名、参数名已经指定,请勿修改,直接返回方法规定的值即可** * @param pushV int整型一维数组 * @param popV int整型一维数组 * @return bool布尔型*/public boolean IsPopOrder (int[] pushV, int[] popV) {// write code hereStack<Integer> stack = new Stack<>();int j = 0;for(int i = 0;i < pushV.length;i++) {stack.push(pushV[i]);while(!stack.empty() && j < popV.length && stack.peek() == popV[j]) {stack.pop();j++;}}return stack.empty();}
}
6.最小栈
class MinStack {public Stack<Integer> stack;public Stack<Integer> minStack;public MinStack() {stack = new Stack<>();minStack = new Stack<>();}public void push(int val) {stack.push(val);if(minStack.isEmpty() || val <= minStack.peek()) {minStack.push(val);}else {return;}}public void pop() {if(minStack.isEmpty()) {return;}int popVal = stack.pop();if(popVal == minStack.peek()) {minStack.pop();}}public int top() {if(minStack.isEmpty()) {return -1;}return stack.peek();}public int getMin() {if(minStack.isEmpty()) {return -1;}return minStack.peek();}
}