<数据结构系列2>栈的实现与应用（LeetCode<有效的的括号>）

首先想要实现栈，就得知道栈为何物，以下一段摘抄至百度百科：

　　栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。其限制是仅允许在表的一端进行插入和删除运算。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。

 　　　　　　　　栈的模型图

大致了解了栈这种数据结构后，我们就尝试着将其实现吧。

首先，我们需要定义一个Stack接口，代码如下：

public interface Stack<E> {
        int getSize();//得到栈的大小
        boolean isEmpty();//判断栈是否为空
        void push(E e);//压栈
        E pop();//出栈
        E peek();//查看栈顶元素
}

 

由于在<数据结构系列1>（https://www.cnblogs.com/LASloner/p/10721407.html）中我们已经实现了ArrayList，所以今天我们就用Array来作为Stack的数据存储方式吧：

public class ArrayStack<E> implements Stack<E>{
    
    //这里用的是自己实现的Array，当然读者可以直接用Java自带的ArrayList,效果相同
    private Array<E> array;
    
    //有参构造
    public ArrayStack(int capacity){
        array=new Array<E>(capacity);
    }
    //无参构造
    public ArrayStack() {
        array=new Array<E>();
    }
    
    //获取栈的大小
    @Override
    public int getSize() {
        return array.getSize();
    }
    
    //判断栈是否为空
    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return array.isEmpty();
    }
    
    //压栈（向栈顶添加元素）
    @Override
    public void push(E e) {
        array.addLast(e);
    }
    
    //出栈（取出栈顶元素）
    @Override
    public E pop() {
        return array.removeLast();
    }
    
    //查看栈顶元素
    @Override
    public E peek() {
        return array.get(array.getSize()-1);
    }
    
    @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(array.getSize()-1!=i)
                res.append(", ");
        }
        res.append("] top");
        return res.toString();
    }
}

 

当当，这就实现了栈的结构，其实也没那么复杂嘛（当然实现栈的数据存储方式还有很多，不仅仅是数组，还有链表，在我们学习过链表后，就尝试用链表也实现一下）

 

okey,让我们测试一下

Main代码：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        ArrayStack<Integer> stack = new ArrayStack<>();

        for(int i = 0 ; i < 5 ; i ++){
            stack.push(i);
            System.out.println("入栈："+stack);
        }
        System.out.println("--------------------------");
        
        stack.pop();
        System.out.println("出栈："+stack);
        System.out.println("--------------------------");
        
        System.out.println("查看栈顶元素："+stack.peek());
        System.out.println(stack);
    }
}

 

输出如下：

入栈：Stack: [0] top
入栈：Stack: [0, 1] top
入栈：Stack: [0, 1, 2] top
入栈：Stack: [0, 1, 2, 3] top
入栈：Stack: [0, 1, 2, 3, 4] top
--------------------------
出栈：Stack: [0, 1, 2, 3] top
--------------------------
查看栈顶元素：3
Stack: [0, 1, 2, 3] top

 

那老规矩，再看一下栈中各种操作的时间复杂度吧：

ArrayStack<E>:
void push(E)    O(1)
E pop()            O(1)
E peek()          O(1)
int getSize()    O(1)
boolean isEmpty    O(1)

 

 

最后用一个实例来应用一下 栈 这种数据结构吧：

　　/*有效的括号
    给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串，判断字符串是否有效。
    有效字符串需满足：
        左括号必须用相同类型的右括号闭合。
        左括号必须以正确的顺序闭合。
            注意空字符串可被认为是有效字符串。
     */
public class Solution {
    public boolean isValid(String s) {
        ArrayStack<Character> stack=new ArrayStack<>();
        for(int i=0;i<s.length();i++) {
            char c=s.charAt(i);
            if(c == '(' || c == '[' || c == '{')
                stack.push(c);
            else{
                if(stack.isEmpty())return false;
                char topChar=stack.pop();
                if(c == ')' && topChar != '(')
                    return false;
                if(c == ']' && topChar != '[')
                    return false;
                if(c == '}' && topChar != '{')  
                    return false;
            }            
        }
        return true;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(new Solution().isValid("()[]{}"));
        System.out.println(new Solution().isValid("([)]"));
    }
}

输出：
true
flase

 

ok，今天的学习就这样了。有什么问题，希望各位能够多多指正。

 

对于学习，四个字概括：至死方休