面试的时候,栈和队列经常会成对出现来考察。本文包含栈和队列的如下考试内容:
(1)栈的创建
(2)队列的创建
(3)两个栈实现一个队列
(4)两个队列实现一个栈
(5)设计含最小函数min()的栈,要求min、push、pop、的时间复杂度都是O(1)
(6)判断栈的push和pop序列是否一致
1、栈的创建:
我们接下来通过链表的形式来创建栈,方便扩充。
代码实现:
public class Stack { public Node head; public Node current; //方法:入栈操作 public void push( int data) { if (head == null ) { head = new Node(data); current = head; } else { Node node = new Node(data); node.pre = current; //current结点将作为当前结点的前驱结点 current = node; //让current结点永远指向新添加的那个结点 } } public Node pop() { if (current == null ) { return null ; } Node node = current; // current结点是我们要出栈的结点 current = current.pre; //每出栈一个结点后,current后退一位 return node; } class Node { int data; Node pre; //我们需要知道当前结点的前一个结点 public Node( int data) { this .data = data; } } public static void main(String[] args) { Stack stack = new Stack(); stack.push( 1 ); stack.push( 2 ); stack.push( 3 ); System.out.println(stack.pop().data); System.out.println(stack.pop().data); System.out.println(stack.pop().data); } } |
入栈操作时,14、15行代码是关键。
运行效果:
2、队列的创建:
队列的创建有两种形式:基于数组结构实现(顺序队列)、基于链表结构实现(链式队列)。
我们接下来通过链表的形式来创建队列,这样的话,队列在扩充时会比较方便。队列在出队时,从头结点head开始。
代码实现:
入栈时,和在普通的链表中添加结点的操作是一样的;出队时,出的永远都是head结点。
public class Queue { public Node head; public Node curent; //方法:链表中添加结点 public void add( int data) { if (head == null ) { head = new Node(data); curent = head; } else { curent.next = new Node(data); curent = curent.next; } } //方法:出队操作 public int pop() throws Exception { if (head == null ) { throw new Exception( "队列为空" ); } Node node = head; //node结点就是我们要出队的结点 head = head.next; //出队之后,head指针向下移 return node.data; } class Node { int data; Node next; public Node( int data) { this .data = data; } } public static void main(String[] args) throws Exception { Queue queue = new Queue(); //入队操作 for ( int i = 0 ; i < 5 ; i++) { queue.add(i); } //出队操作 System.out.println(queue.pop()); System.out.println(queue.pop()); System.out.println(queue.pop()); } } |
运行效果:
3、两个栈实现一个队列:
思路:
栈1用于存储元素,栈2用于弹出元素,负负得正。
说的通俗一点,现在把数据1、2、3分别入栈一,然后从栈一中出来(3、2、1),放到栈二中,那么,从栈二中出来的数据(1、2、3)就符合队列的规律了,即负负得正。
完整版代码实现:
import java.util.Stack; /** * Created by smyhvae on 2015/9/9. */ public class Queue { private Stack<Integer> stack1 = new Stack<>(); //执行入队操作的栈 private Stack<Integer> stack2 = new Stack<>(); //执行出队操作的栈 //方法:给队列增加一个入队的操作 public void push( int data) { stack1.push(data); } //方法:给队列正价一个出队的操作 public int pop() throws Exception { if (stack2.empty()) { //stack1中的数据放到stack2之前,先要保证stack2里面是空的(要么一开始就是空的,要么是stack2中的数据出完了),不然出队的顺序会乱的,这一点很容易忘 while (!stack1.empty()) { stack2.push(stack1.pop()); //把stack1中的数据出栈,放到stack2中【核心代码】 } } if (stack2.empty()) { //stack2为空时,有两种可能:1、一开始,两个栈的数据都是空的;2、stack2中的数据出完了 throw new Exception( "队列为空" ); } return stack2.pop(); } public static void main(String[] args) throws Exception { Queue queue = new Queue(); queue.push( 1 ); queue.push( 2 ); queue.push( 3 ); System.out.println(queue.pop()); queue.push( 4 ); System.out.println(queue.pop()); System.out.println(queue.pop()); System.out.println(queue.pop()); } } |
注意第22行和第30行代码的顺序,以及注释,需要仔细理解其含义。
运行效果:
4、两个队列实现一个栈:
思路:
将1、2、3依次入队列一, 然后最上面的3留在队列一,将下面的2、3入队列二,将3出队列一,此时队列一空了,然后把队列二中的所有数据入队列一;将最上面的2留在队列一,将下面的3入队列二。。。依次循环。
代码实现:
import java.util.ArrayDeque; import java.util.Queue; /** * Created by smyhvae on 2015/9/9. */ public class Stack { Queue<Integer> queue1 = new ArrayDeque<Integer>(); Queue<Integer> queue2 = new ArrayDeque<Integer>(); //方法:入栈操作 public void push( int data) { queue1.add(data); } //方法:出栈操作 public int pop() throws Exception { int data; if (queue1.size() == 0 ) { throw new Exception( "栈为空" ); } while (queue1.size() != 0 ) { if (queue1.size() == 1 ) { data = queue1.poll(); while (queue2.size() != 0 ) { //把queue2中的全部数据放到队列一中 queue1.add(queue2.poll()); return data; } } queue2.add(queue1.poll()); } throw new Exception( "栈为空" ); //不知道这一行的代码是什么意思 } public static void main(String[] args) throws Exception { Stack stack = new Stack(); stack.push( 1 ); stack.push( 2 ); stack.push( 3 ); System.out.println(stack.pop()); System.out.println(stack.pop()); stack.push( 4 ); } } |
运行效果:
5、设计含最小函数min()的栈,要求min、push、pop、的时间复杂度都是O(1)。min方法的作用是:就能返回是栈中的最小值。【微信面试题】
普通思路:
一般情况下,我们可能会这么想:利用min变量,每次添加元素时,都和min元素作比较,这样的话,就能保证min存放的是最小值。但是这样的话,会存在一个问题:如果最小的元素出栈了,那怎么知道剩下的元素中哪个是最小的元素呢?
改进思路:
这里需要加一个辅助栈,用空间换取时间。辅助栈中,栈顶永远保存着当前栈中最小的数值。具体是这样的:原栈中,每次添加一个新元素时,就和辅助栈的栈顶元素相比较,如果新元素小,就把新元素的值放到辅助栈中,如果新元素大,就把辅助栈的栈顶元素再copy一遍放到辅助栈的栈顶;原栈中,出栈时,
完整代码实现:
import java.util.Stack; /** * Created by smyhvae on 2015/9/9. */ public class MinStack { private Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>(); private Stack<Integer> minStack = new Stack<Integer>(); //辅助栈:栈顶永远保存stack中当前的最小的元素 public void push( int data) { stack.push(data); //直接往栈中添加数据 //在辅助栈中需要做判断 if (minStack.size() == 0 || data < minStack.peek()) { minStack.push(data); } else { minStack.add(minStack.peek()); //【核心代码】peek方法返回的是栈顶的元素 } } public int pop() throws Exception { if (stack.size() == 0 ) { throw new Exception( "栈中为空" ); } int data = stack.pop(); minStack.pop(); //核心代码 return data; } public int min() throws Exception { if (minStack.size() == 0 ) { throw new Exception( "栈中空了" ); } return minStack.peek(); } public static void main(String[] args) throws Exception { MinStack stack = new MinStack(); stack.push( 4 ); stack.push( 3 ); stack.push( 5 ); System.out.println(stack.min()); } } |
6、判断栈的push和pop序列是否一致:
通俗一点讲:已知一组数据1、2、3、4、5依次进栈,那么它的出栈方式有很多种,请判断一下给出的出栈方式是否是正确的?
例如:
数据:
1、2、3、4、5
出栈1:
5、4、3、2、1(正确)
出栈2:
4、5、3、2、1(正确)
出栈3:
4、3、5、1、2(错误)
完整版代码:
import java.util.Stack; /** * Created by smyhvae on 2015/9/9. */ public class StackTest { //方法:data1数组的顺序表示入栈的顺序。现在判断data2的这种出栈顺序是否正确 public static boolean sequenseIsPop( int [] data1, int [] data2) { Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>(); //这里需要用到辅助栈 for ( int i = 0 , j = 0 ; i < data1.length; i++) { stack.push(data1[i]); while (stack.size() > 0 && stack.peek() == data2[j]) { stack.pop(); j++; } } return stack.size() == 0 ; } public static void main(String[] args) { Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>(); int [] data1 = { 1 , 2 , 3 , 4 , 5 }; int [] data2 = { 4 , 5 , 3 , 2 , 1 }; int [] data3 = { 4 , 5 , 2 , 3 , 1 }; System.out.println(sequenseIsPop(data1, data2)); System.out.println(sequenseIsPop(data1, data3)); } } |
代码比较简洁,但也比较难理解,要仔细体会。
运行效果:
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