数据结构 线性结构篇——栈和队列(2)

简介: 数据结构 线性结构篇——栈和队列

接口类:

public interface Stack<E> {
    int getSize();
    boolean isEmpty();
    void push(E e);
    E pop();
    E peek();
}

接口实现

import com.lyy.datasty.Array;
/**
 * @program: Data-Structures
 * @ClassName ArrayStack
 * @description:
 * @author: lyy
 * @create: 2019-11-20 21:52
 * @Version 1.0
 * 用户不能看栈中间的元素,只能看到栈顶的元素
 **/
public class ArrayStack<E> implements Stack<E>{
    Array<E> array;
    public ArrayStack(int capacity){
        array = new Array<>(capacity);
    }
    public ArrayStack(){
        array = new Array<>();
    }
    @Override
    public int getSize() {
        return 0;
    }
    @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");//哪里是栈顶
        return res.toString();
    }
}

测试结果:

Stack: [0] top
Stack: [0, 1] top
Stack: [0, 1, 2] top
Stack: [0, 1, 2, 3] top
Stack: [0, 1, 2, 3, 4] top
Stack: [0, 1, 2, 3] top

从结果中我们可以看到,我们每循环一次就添加一条数据,这里为了好让我们知道哪一个是 栈顶,我们在最后一个添加的数据那里,加了一个 top ,最新增加的数据,就是我们的栈顶,当我们添加完成后,可以看到栈数据为:[0, 1, 2, 3, 4] top,当我们出栈一个数据后,我们就可以看到 栈顶数据 4 就没有了,以上就是对于栈实现的代码,感兴趣的小伙伴可以自己实现一遍,源码在最后我会放在 github上,有兴趣的小伙伴记得下载。

1.4 栈的时间复杂度

ArrayStack:

屏幕快照 2022-05-10 下午2.33.14.png

二、队列

2.1 队列认识

队列与栈一样是一种线性结构,因此以常见的线性表如数组、链表作为底层的数据结构。

相比数组,队列对应的操作是数组的子集

队列只能从一端(队尾)添加元素,只能从一端(队首)取出元素,也就是队尾添加元素,在队头删除元素

队列是一种先进先出的数据结构(先到先得)

队列列中的数据元素遵循“先进先出”(First In First Out)的原则,简称 FIFO 结构。

队列是一个 先进先出的线性表,相应的也有 顺序存储 和 链式存储两种方式。

在队列中,新添加的一端为 队尾 ,另一端为 队首 ,当一个元素从队尾进入队列时,一直向队首移动,直到它成为移除的元素为止。这种 先进先出(FIFO) 模式,在我们生活中也随处可见,比如:我们去银行柜台取钱,我们在取钱之前就要先去取号,先做 入队操作,也就是我们队列中的在 队尾添加元素,新来的人等待排队,等待前面的人处理完,当前面取号的人在柜台处理完之后,就会叫下一个号码,这个过程就是 出队操作,只有当在我们前面的人,都处理完之后才会轮到我们。


如下图:

image.png

2.2 数组队列的实现(顺序存储)


首先我们需要以下几个栈元素:


int getSize(); // 获取队列的元素多少

boolean isEmpty(); //查看队列是否为空

void enqueue(E e); //添加队列元素

E dequeue(); //删除队列队首元素

E getFront(); //获取队首队列元素


2.2.1 接口实现

public interface Queue<E> {
    int getSize();
    boolean isEmpty();
    void enqueue(E e);
    E dequeue();
    E getFront();
}

2.2.2 接口类实现

public class ArrayQueue<E> implements Queue<E> {
    private Array<E> array;
    public ArrayQueue(int capacity){
        array = new Array<>(capacity);
    }
    public ArrayQueue(){
        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 enqueue(E e){
        array.addLast(e);
    }
    @Override
    public E dequeue(){
        return array.removeFirst();
    }
    @Override
    public E getFront(){
        return array.getFirst();
    }
    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("Queue: ");
        res.append("front [");
        for(int i = 0 ; i < array.getSize() ; i ++){
            res.append(array.get(i));
            if(i != array.getSize() - 1)
                res.append(", ");
        }
        res.append("] tail");
        return res.toString();
    }
    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue<Integer> queue = new ArrayQueue<>();
        for(int i = 0 ; i < 10 ; i ++){
            queue.enqueue(i);
            System.out.println(queue);
            if(i % 3 == 2){
                queue.dequeue();
                System.out.println(queue+":================="+(i % 3));
            }
        }
    }
}

2.2.3 执行结果


Queue: front [0] tail
Queue: front [0, 1] tail
Queue: front [0, 1, 2] tail
Queue: front [1, 2] tail:=================2
Queue: front [1, 2, 3] tail
Queue: front [1, 2, 3, 4] tail
Queue: front [1, 2, 3, 4, 5] tail
Queue: front [2, 3, 4, 5] tail:=================2
Queue: front [2, 3, 4, 5, 6] tail
Queue: front [2, 3, 4, 5, 6, 7] tail
Queue: front [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8] tail
Queue: front [3, 4, 5, 6, 7, 8] tail:=================2
Queue: front [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] tail

首先我们总共是循环十次,添加到队列中,每天添加一次打印队列中的元素,如果遇到 i % 3 == 2,我们就去除队首的元素,就是我们在结果中看到的 =================2的位置,每次都会把最先添加(队首)的元素给删除掉,从上面的结果中可以看出,当我们每次去 queue.dequeue()元素的时候,其实就是操作数组中的 size --,这样对于我们队列来说效率其实是很慢的,如果删除队首元素,后面的元素就要往前移动,对应的时间复杂度就是O(n)。


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