來源:程序員私房菜(ID:eson_15)
昨天跟一個CSDN上的朋友聊天,他說現在如果讓他自己手寫一個棧或者隊列,估計都要寫蠻久的,平時雖然都在用,但是都是別人封裝好的集合。
確實,經典的數據結構,包括排序算法,雖然我們平時不用手寫了,但是這些內功,作爲開發人員來說是必須要掌握的。受此啓發,我打算更一下經典數據結構和算法的系列文章。今天先從棧和隊列說起。
這些東西,擠地鐵時,吃飯排隊時,等公交時,可以拿來看看,或者,就把它當作個下午茶吧~
我們知道,在數組中,若知道數據項的下標,便可立即訪問該數據項,或者通過順序搜索數據項,訪問到數組中的各個數據項。但是棧和隊列不同,它們的訪問是受限制的,即在特定時刻只有一個數據項可以被讀取或者被刪除。衆所周知,棧是先進後出,只能訪問棧頂的數據,隊列是先進先出,只能訪問頭部數據。這裏不再贅述。
棧的主要機制可以用數組來實現,也可以用鏈表來實現,下面用數組來實現棧的基本操作:
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class ArrayStack {
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private long[] a;
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private int size; //棧數組的大小
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private int top; //棧頂
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public ArrayStack(int maxSize) {
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this.size = maxSize;
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this.a = new long[size];
-
this.top = -1; //表示空棧
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}
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public void push(long value) {//入棧
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if(isFull()) {
-
System.out.println("棧已滿!");
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return;
-
}
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a[++top] = value;
-
}
-
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public long peek() {//返回棧頂內容,但不刪除
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if(isEmpty()) {
-
System.out.println("棧中沒有數據");
-
return 0;
-
}
-
return a[top];
-
}
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public long pop() { //彈出棧頂內容,刪除
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if(isEmpty()) {
-
System.out.println("棧中沒有數據!");
-
return 0;
-
}
-
return a[top--];
-
}
-
-
public int size() {
-
return top + 1;
-
}
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-
public boolean isEmpty() {
-
return (top == -1);
-
}
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public boolean isFull() {
-
return (top == size -1);
-
}
-
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public void display() {
-
for(int i = top; i >= 0; i--) {
-
System.out.print(a[i] + " ");
-
}
-
System.out.println("");
-
}
-
}
數據項入棧和出棧的時間複雜度均爲O(1)。這也就是說,棧操作所消耗的時間不依賴於棧中數據項的個數,因此操作時間很短。棧不需要比較和移動操作。
隊列也可以用數組來實現,不過這裏有個問題,當數組下標滿了後就不能再添加了,但是數組前面由於已經刪除隊列頭的數據了,導致空。所以隊列我們可以用循環數組來實現,見下面的代碼:
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public class RoundQueue {
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private long[] a;
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private int size; //數組大小
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private int nItems; //實際存儲數量
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private int front; //頭
-
private int rear; //尾
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-
public RoundQueue(int maxSize) {
-
this.size = maxSize;
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a = new long[size];
-
front = 0;
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rear = -1;
-
nItems = 0;
-
}
-
-
public void insert(long value) {
-
if(isFull()){
-
System.out.println("隊列已滿");
-
return;
-
}
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rear = ++rear % size;
-
a[rear] = value; //尾指針滿了就循環到0處,這句相當於下面註釋內容
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nItems++;
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/* if(rear == size-1){
-
rear = -1;
-
}
-
a[++rear] = value;
-
*/
-
}
-
-
public long remove() {
-
if(isEmpty()) {
-
System.out.println("隊列爲空!");
-
return 0;
-
}
-
nItems--;
-
front = front % size;
-
return a[front++];
-
}
-
-
public void display() {
-
if(isEmpty()) {
-
System.out.println("隊列爲空!");
-
return;
-
}
-
int item = front;
-
for(int i = 0; i < nItems; i++) {
-
System.out.print(a[item++ % size] + " ");
-
}
-
System.out.println("");
-
}
-
-
public long peek() {
-
if(isEmpty()) {
-
System.out.println("隊列爲空!");
-
return 0;
-
}
-
return a[front];
-
}
-
-
public boolean isFull() {
-
return (nItems == size);
-
}
-
-
public boolean isEmpty() {
-
return (nItems == 0);
-
}
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public int size() {
-
return nItems;
-
}
-
}
和棧一樣,隊列中插入數據項和刪除數據項的時間複雜度均爲O(1)。
還有個優先級隊列,優先級隊列是比棧和隊列更專用的數據結構。優先級隊列與上面普通的隊列相比,主要區別在於隊列中的元素是有序的,關鍵字最小(或者最大)的數據項總在隊頭。數據項插入的時候會按照順序插入到合適的位置以確保隊列的順序。優先級隊列的內部實現可以用數組或者一種特別的樹——堆來實現。
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public class PriorityQueue {
-
private long[] a;
-
private int size;
-
private int nItems;//元素個數
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-
public PriorityQueue(int maxSize) {
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size = maxSize;
-
nItems = 0;
-
a = new long[size];
-
}
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public void insert(long value) {
-
if(isFull()){
-
System.out.println("隊列已滿!");
-
return;
-
}
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int j;
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if(nItems == 0) { //空隊列直接添加
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a[nItems++] = value;
-
}
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else{//將數組中的數字依照下標按照從大到小排列
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for(j = nItems-1; j >= 0; j--) {
-
if(value > a[j]){
-
a[j+1] = a[j];
-
}
-
else {
-
break;
-
}
-
}
-
a[j+1] = value;
-
nItems++;
-
}
-
}
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public long remove() {
-
if(isEmpty()){
-
System.out.println("隊列爲空!");
-
return 0;
-
}
-
return a[--nItems];
-
}
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public long peekMin() {
-
return a[nItems-1];
-
}
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public boolean isFull() {
-
return (nItems == size);
-
}
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public boolean isEmpty() {
-
return (nItems == 0);
-
}
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public int size() {
-
return nItems;
-
}
-
-
public void display() {
-
for(int i = nItems-1; i >= 0; i--) {
-
System.out.print(a[i] + " ");
-
}
-
System.out.println(" ");
-
}
-
}
這裏實現的優先級隊列中,插入操作需要 O(N) 的時間,而刪除操作則需要 O(1) 的時間。