一、前言
上一篇已經講過了鏈表【Java實現單向鏈表】了，它跟數組都是線性結構的基礎，本文主要講解線性結構的應用：棧和隊列
如果寫錯的地方希望大家能夠多多體諒並指正哦，如果有更好的理解的方式也希望能夠在評論下留言，讓大家學習學習～
二、數據結構【棧】就是這么簡單
2.1數據結構【棧】介紹
數據結構的棧長的是這個樣子：
其實非常好理解，我們將棧可以看成一個箱子
- 往箱子里面放東西叫做入棧
- 往箱子里面取東西叫做出棧
- 箱子的底部叫做棧底
- 箱子的頂部叫做棧頂
說到棧的特性，肯定會有一句經典的言語來概括：先進后出(LIFO, Last In First Out)
- 往箱子里邊放蘋果，箱子底部的蘋果想要拿出來，得先把箱子頂部的蘋果取走才行
2.2數據結構【棧】 代碼實現
棧的分類有兩種：
- 靜態棧(數組實現)
- 動態棧(鏈表實現)
從上一篇寫鏈表我就認知到我的算法是有多渣了，普通的單鏈表操作也能把我繞得暈暈的。
由於我的鏈表還不是很熟，棧又不是很難，那么我就用鏈表來創建動態棧了！
既然是用鏈表，我們還是把上一篇節點的代碼拿過來吧：
public class Node {
//數據域
public int data;
//指針域，指向下一個節點
public Node next;
public Node() {
}
public Node(int data) {
this.data = data;
}
public Node(int data, Node next) {
this.data = data;
this.next = next;
}
}
要鏈表用來表示棧，這次會有兩個指針：
- 棧頂
- 棧底
public class Stack {
public Node stackTop;
public Node stackBottom;
public Stack(Node stackTop, Node stackBottom) {
this.stackTop = stackTop;
this.stackBottom = stackBottom;
}
public Stack() {
}
}
2.2.1進棧
將原本棧頂指向的節點交由新節點來指向，棧頂指向新加入的節點
/**
* 進棧
*
* @param stack 棧
* @param value 要進棧的元素
*/
public static void pushStack(Stack stack, int value) {
// 封裝數據成節點
Node newNode = new Node(value);
// 棧頂本來指向的節點交由新節點來指向
newNode.next = stack.stackTop;
// 棧頂指針指向新節點
stack.stackTop = newNode;
}
2.2.2遍歷棧
只要棧頂元素的指針不指向棧底，那么就一直輸出遍歷結果：
/**
* 遍歷棧(只要棧頂指針不指向棧底指針，就一直輸出)
*
* @param stack
*/
public static void traverse(Stack stack) {
Node stackTop = stack.stackTop;
while (stackTop != stack.stackBottom) {
System.out.println("關注公眾號：Java3y：" + stackTop.data);
stackTop = stackTop.next;
}
}
測試：
public static void main(String[] args) {
//初始化棧(無元素)
Stack stack = new Stack(new Node(), new Node());
//棧頂和棧尾是同一指向
stack.stackBottom = stack.stackTop;
//指向null
stack.stackTop.next = null;
//進棧
pushStack(stack, 3);
pushStack(stack, 4);
pushStack(stack, 5);
traverse(stack);
}
結果：
這就符合了先進后出的特性了～
2.2.3判斷該棧是否為空
很簡單，只要棧頂和棧底是同一指向，那么該棧就為空
/**
* 判斷該棧是否為空
*
* @param stack
*/
public static void isEmpty(Stack stack) {
if (stack.stackTop == stack.stackBottom) {
System.out.println("關注公眾號：Java3y---->該棧為空");
} else {
System.out.println("關注公眾號：Java3y---->該棧不為空");
}
}
2.2.4出棧
- 在出棧之前看看該棧是否為空，不為空才出棧...
- 將棧頂的元素的指針(指向下一個節點)賦值給棧頂指針(完成出棧)
/**
* 出棧(將棧頂的指針指向下一個節點)
* @param stack
*/
public static void popStack(Stack stack) {
// 棧不為空才能出棧
if (!isEmpty(stack)) {
//棧頂元素
Node top = stack.stackTop;
// 棧頂指針指向下一個節點
stack.stackTop = top.next;
System.out.println("關注公眾號：Java3y---->出棧的元素是：" + top.data);
}
}
測試出棧：
多次出棧：
2.2.5清空棧
當時學C的時候需要釋放內存資源，可是Java不用呀，所以棧頂指向棧底，就清空棧了
/**
* 清空棧
* @param stack
*/
public static void clearStack(Stack stack) {
stack.stackTop = null;
stack.stackBottom = stack.stackTop;
}
三、數據結構【隊列】就是這么簡單
數據結構的隊列長的是這個樣子：
其實隊列非常好理解，我們將隊列可以看成小朋友排隊
- 隊尾的小朋友到指定的地點了-->出隊
- 有新的小朋友加入了-->入隊
相對於棧而言，隊列的特性是：先進先出
- 先排隊的小朋友肯定能先打到飯！
隊列也分成兩種：
- 靜態隊列(數組實現)
- 動態隊列(鏈表實現)
這次我就使用數組來實現靜態隊列了。值得注意的是：往往實現靜態隊列，我們都是做成循環隊列
做成循環隊列的好處是不浪費內存資源！
3.1數據結構【隊列】 代碼實現
這次我們使用的是數組來實現靜態隊列，因此我們可以這樣設計：
public class Queue {
//數組
public int [] arrays;
//指向第一個有效的元素
public int front;
//指向有效數據的下一個元素(即指向無效的數據)
public int rear;
}
從上面的設計我們可以發現：rear並不指向最后一個有效的元素，在循環隊列中這樣設計是非常方便的！因為這樣設計可以讓我們分得清隊頭和隊尾(不然循環隊列不斷入隊或出隊，位置是變化很快的)
由於我們是循環隊列，所以front和rear值會經常變動，我們得把front和rear的值限定在一個范圍內，不然會超出隊列的長度的。
有這么一個算法：rear=（rear+1)%數組長度
- 比如rear的下標是2，數組的長度是6，往后面移一位是3，那么
rear = （rear+1) % 6，結果還是3
3.1.2初始化隊列
此時隊列為空，分配了6個長度給數組(只能裝5個實際的數字，rear指向的是無效的位置的)
public static void main(String[] args) {
//初始化隊列
Queue queue = new Queue();
queue.front = 0;
queue.rear = 0;
queue.arrays = new int[6];
}
3.1.3判斷隊列是否滿了
如果rear指針和front指針緊挨着，那么說明隊列就滿了
/**
* 判斷隊列是否滿了，front和rear指針緊挨着，就是滿了
* @param queue
* @return
*/
public static boolean isFull(Queue queue) {
if ((queue.rear + 1) % queue.arrays.length == queue.front) {
System.out.println("關注公眾號：Java3y--->此時隊列滿了！");
return true;
} else {
System.out.println("關注公眾號：Java3y--->此時隊列沒滿了！");
return false;
}
}
3.1.4入隊
- 判斷該隊列是否滿了
- 入隊的值插入到隊尾中(具體的位置就是rear指針的位置【再次聲明：rear指向的是無效元素的位置】
- rear指針移動(再次指向無效的元素位置)
/**
* 入隊
*
* @param queue
*/
public static void enQueue(Queue queue,int value) {
// 不是滿的隊列才能入隊
if (!isFull(queue)) {
// 將新的元素插入到隊尾中
queue.arrays[queue.rear] = value;
// rear節點移動到新的無效元素位置上
queue.rear = (queue.rear + 1) % queue.arrays.length;
}
}
3.1.5遍歷
只要front節點不指向rear節點，那么就可以一直輸出
/**
* 遍歷隊列
* @param queue
*
*/
public static void traverseQueue(Queue queue) {
// front的位置
int i = queue.front;
while (i != queue.rear) {
System.out.println("關注公眾號：Java3y--->" + queue.arrays[i]);
//移動front
i = (i + 1) % queue.arrays.length;
}
}
隊列沒滿時：
隊列已滿了就插入不了了(驗證上面的方法是否正確)：
3.1.6判斷該隊列是否為空
只要rear和front指針指向同一個位置，那該隊列就是空的了
/**
* 判斷隊列是否空，front和rear指針相等，就是空了
* @param queue
* @return
*/
public static boolean isEmpty(Queue queue) {
if (queue.rear == queue.front) {
System.out.println("關注公眾號：Java3y--->此時隊列空的！");
return true;
} else {
System.out.println("關注公眾號：Java3y--->此時隊列非空！");
return false;
}
}
3.1.7出隊
出隊的邏輯也非常簡單：
- 判斷該隊列是否為null
- 如果不為null，則出隊，只要front指針往后面移就是出隊了!
/**
* 出隊
*
* @param queue
*/
public static void outQueue(Queue queue) {
//判斷該隊列是否為null
if (!isEmpty(queue)) {
//不為空才出隊
int value = queue.arrays[queue.front];
System.out.println("關注公眾號：Java3y--->出隊的元素是：" + value);
// front指針往后面移
queue.front = (queue.front + 1) % queue.arrays.length;
}
}
結果：
四、總結
數據結構的棧和隊列的應用非常非常的多，這里也只是最簡單的入門，理解起來也不困難。
- 棧：先進后出
- 隊列：先進先出
關於數據結構這方面我就到暫時到這里為止了，都簡單的入個門，以后遇到更加復雜的再繼續開新的文章來寫～畢竟現在水平不夠，也無法理解更深層次的東西～數據結構這東西是必備的，等到研究集合的時候還會來回顧它，或者遇到新的、復雜的也會繼續學習....
想要更加深入數據結構的同學就得去翻閱相關的書籍咯～這僅僅是冰山一角
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