Go实现栈与队列基本操作

简介: 一 前言二 实现栈与队列基本操作2.1 栈基本操作2.2 队列基本操作三 用栈实现队列3.1 理论3.2 算法题3.3 思路3.4 代码部分四 用队列实现栈4.1 理论4.2 算法题4.3 思路4.4 使用两个队列实现4.5 优化4.6 使用一个队列实现

一 前言

go语言中,并没有栈与队列相关的数据结构,但是我们可以借助切片来实现栈与队列的操作;接下来我们一起实现栈与队列基本操作,并且还会实现用栈实现队列用队列实现栈的操作。


二 实现栈与队列基本操作

2.1 栈基本操作

go语言实现栈和队列主要用到append 和切片(用内置数组类型进行操作)


//创建栈
stack := make([]int, 0)
//push压入栈
stack = append(stack, 10)
//pop弹出
v := stack[len(stack)-1]
stack = stack[:len(stack)-1]
//检查栈空
len(stack) == 0


2.2 队列基本操作

//创建队列
queue := make([]int, 0)
//enqueue入队
queue = append(queue, 10)
//dequeue出队
v := queue[0]
queue = queue[1:]
//检查队列为空
len(queue) == 0


三 用栈实现队列

3.1 理论

使用栈来模式队列的行为,如果仅仅用一个栈,是一定不行的,所以需要两个栈一个输入栈,一个输出栈,这里要注意输入栈和输出栈的关系。

下面动画模拟以下队列的执行过程如下:

执行语句:

queue.push(1);
queue.push(2);
queue.pop(); 注意此时的输出栈的操作
queue.push(3);
queue.push(4);
queue.pop();
queue.pop();注意此时的输出栈的操作
queue.pop();
queue.empty();

0.gif


在push数据的时候,只要数据放进输入栈就好,但在pop的时候,操作就复杂一些,输出栈如果为空,就把进栈数据全部导入进来(注意是全部导入),再从出栈弹出数据,如果输出栈不为空,则直接从出栈弹出数据就可以了。


最后如何判断队列为空呢?如果进栈和出栈都为空的话,说明模拟的队列为空了。


3.2 算法题

接下来看一下LeetCode原题


232. 用栈实现队列


请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作(push、pop、peek、empty):


实现 MyQueue 类:


void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾

int pop() 从队列的开头移除并返回元素

int peek() 返回队列开头的元素

boolean empty() 如果队列为空,返回 true ;否则,返回 false

说明:


你 只能 使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。

你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque(双端队列)来模拟一个栈,只要是标准的栈操作即可。


3.3 思路

解决这个问题,需要一个输出栈和输入栈


先将数据放到输入栈,再把数据从输入栈放到输出栈,此时输出栈输出数据的顺序就和队列一样了,先入先出


3.4 代码部分

type MyQueue struct {
  stackIn  []int // 用来保存Push数据
  stackOut []int // 用来保存Pop数据
}
// 栈构造器
func Constructor() MyQueue {
  return MyQueue{
    stackIn:  make([]int, 0),
    stackOut: make([]int, 0),
  }
}
func (this *MyQueue) Push(x int) {
  // 判断stackOut中是否有元素,有的话全部放到stackIn
  for len(this.stackOut) != 0 {
    val := this.stackOut[len(this.stackOut)-1]
    this.stackOut = this.stackOut[:len(this.stackOut)-1]
    this.stackIn = append(this.stackIn, val)
  }
  // 将数据加进stackIn
  this.stackIn = append(this.stackIn, x)
}
func (this *MyQueue) Pop() int {
  // 判断stackIn中是否有元素,有的话全部放到stackOut
  for len(this.stackIn) != 0 {
    val := this.stackIn[len(this.stackIn)-1]
    this.stackIn = this.stackIn[:len(this.stackIn)-1]
    this.stackOut = append(this.stackOut, val)
  }
  // stackOut为零,说明没有元素,return 0
  if len(this.stackOut) == 0 {
    return 0
  }
  // stackOut Pop 元素
  res := this.stackOut[len(this.stackOut)-1]
  this.stackOut = this.stackOut[:len(this.stackOut)-1]
  return res
}
func (this *MyQueue) Peek() int {
  // 调用Pop()方法
  val := this.Pop()
  // val为零,说明没有元素,return 0
  if val == 0 {
    return 0
  }
  // Pop()方法删除了val,这里加上
  this.stackOut = append(this.stackOut, val)
  return val
}
func (this *MyQueue) Empty() bool {
  // 两个栈都为空,说明为空,否则不为空
  return len(this.stackOut) == 0 && len(this.stackIn) == 0
}

代码可以直接拿到力扣上运行。我已经将细节全部用注释解释了,如果不懂可以私信博主。

四 用队列实现栈

4.1 理论

队列模拟栈,其实一个队列就够了,那么我们先说一说两个队列来实现栈的思路。


队列是先进先出的规则,把一个队列中的数据导入另一个队列中,数据的顺序并没有变,并没有变成先进后出的顺序。


所以用栈实现队列, 和用队列实现栈的思路还是不一样的,这取决于这两个数据结构的性质。


但是依然还是要用两个队列来模拟栈,只不过没有输入和输出的关系,而是另一个队列完全用又来备份的!


如下面动画所示,用两个队列que1和que2实现队列的功能,que2其实完全就是一个备份的作用,把que1最后面的元素以外的元素都备份到que2,然后弹出最后面的元素,再把其他元素从que2导回que1。


模拟的队列执行语句如下:

queue.push(1);        
queue.push(2);        
queue.pop();   // 注意弹出的操作       
queue.push(3);        
queue.push(4);       
queue.pop();  // 注意弹出的操作    
queue.pop();    
queue.pop();    
queue.empty();  


4.2 算法题

接下来看一下LeetCode原题

225. 用队列实现栈


请你仅使用两个队列实现一个后入先出(LIFO)的栈,并支持普通栈的全部四种操作(push、top、pop 和 empty)。


实现 MyStack 类:


void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。

int pop() 移除并返回栈顶元素。

int top() 返回栈顶元素。

boolean empty() 如果栈是空的,返回 true ;否则,返回 false 。


注意:


你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作。

你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list (列表)或者 deque(双端队列)来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。


4.3 思路

用两个队列que1和que2实现队列的功能,que2其实完全就是一个备份的作用,把que1最后面的元素以外的元素都备份到que2,然后弹出最后面的元素,再把其他元素从que2导回que1。


4.4 使用两个队列实现

type MyStack struct {
    //创建两个队列
    queue1 []int
    queue2 []int
}
func Constructor() MyStack {
    return MyStack{ //初始化
        queue1:make([]int,0),
        queue2:make([]int,0),
    }
}
func (this *MyStack) Push(x int)  {
     //先将数据存在queue2中
    this.queue2 = append(this.queue2,x) 
   //将queue1中所有元素移到queue2中,再将两个队列进行交换
    this.Move() 
}
func (this *MyStack) Move(){    
    if len(this.queue1) == 0{
        //交换,queue1置为queue2,queue2置为空
        this.queue1,this.queue2 = this.queue2,this.queue1
    }else{
        //queue1元素从头开始一个一个追加到queue2中
            this.queue2 = append(this.queue2,this.queue1[0])  
            this.queue1 = this.queue1[1:] //去除第一个元素
            this.Move()     //重复
    }
}
func (this *MyStack) Pop() int {
    val := this.queue1[0]
    this.queue1 = this.queue1[1:] //去除第一个元素
    return val
}
func (this *MyStack) Top() int {
    return this.queue1[0] //直接返回
}
func (this *MyStack) Empty() bool {
return len(this.queue1) == 0
}

4.5 优化

其实这道题目就是用一个队列就够了。

一个队列在模拟栈弹出元素的时候只要将队列头部的元素(除了最后一个元素外) 重新添加到队列尾部,此时在去弹出元素就是栈的顺序了。

4.6 使用一个队列实现

type MyStack struct {
    queue []int//创建一个队列
}
/** Initialize your data structure here. */
func Constructor() MyStack {
    return MyStack{   //初始化
        queue:make([]int,0),
    }
}
/** Push element x onto stack. */
func (this *MyStack) Push(x int)  {
    //添加元素
    this.queue=append(this.queue,x)
}
/** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
func (this *MyStack) Pop() int {
    n:=len(this.queue)-1//判断长度
    for n!=0{ //除了最后一个,其余的都重新添加到队列里
        val:=this.queue[0]
        this.queue=this.queue[1:]
        this.queue=append(this.queue,val)
        n--
    }
    //弹出元素
    val:=this.queue[0]
    this.queue=this.queue[1:]
    return val
}
/** Get the top element. */
func (this *MyStack) Top() int {
    //利用Pop函数,弹出来的元素重新添加
    val:=this.Pop()
    this.queue=append(this.queue,val)
    return val
}
/** Returns whether the stack is empty. */
func (this *MyStack) Empty() bool {
    return len(this.queue)==0
}


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