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栈（Stack）

队列（Queue）

循环队列

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栈（Stack）

  栈：一种特殊的线性表，其只允许在固定的一端进行插入和删除操作元素操作。进行数据插入和删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底。栈中的数据元素遵守后进先出LIFO(Last In Out)的原则。

压栈：栈的插入操作叫做进栈/压栈/入栈，入数据在栈顶。

出栈：栈的删除操作叫做出栈。出数据在栈顶。

可以将栈类比为枪的弹匣，先进弹夹的子弹后打出。

java中提供了Stack类来实现栈。Stack包括以下方法：

以下是栈的模拟实现：

package MyStack;

import java.util.Arrays;

public class MyStack {
     public int[] elem;
     public int usedSize;

     public static final  int DEFAULT_CAPACITY = 10;
     public MyStack(){
           this.elem = new int[DEFAULT_CAPACITY];
     }
     //压栈，入栈
     public  void push(int val){
          if(isFull()){
               this.elem = Arrays.copyOf(elem,elem.length*2);
          }
          elem[usedSize++] = val;
     }

     public boolean isFull(){
          return  usedSize == elem.length;
     }
     //出栈
     public int pop(){
          if(isEmpty()){
               throw new StackEmptyException("栈为空");
          }
          int oldVal = elem[usedSize-1];
          usedSize--;
         // elem[usedSize] == null;
          return oldVal;
     }

     public boolean isEmpty(){
          return usedSize ==0;
     }

     public int peek(){
          if(isEmpty()){
               throw new StackEmptyException("栈为空");
          }
          return elem[usedSize-1];
     }


}

队列（Queue）

 队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出FIFO（First In First Out）。

入队列：进行插入操作的一端称为队尾。

出队列：进行删除操作的一端称为队头。

在java中，提供了Queue接口来实现队列。底层是通过链表实现的。

包括以下方法：

注：Queue是个接口，在实例化时必须实例化LinkedList的对象，因为LinkedList实现了Queue接口。

以下是队列的模拟实现;

package MyQueue;

public class MyQueue {
    static class ListNode{
        public int val;
        public ListNode prev;
        public ListNode next;

        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }

    public ListNode head;
    public ListNode last;
    //入队
    public void offer(int val){
        ListNode node = new ListNode(val);
        if (head == null) {
            head = last = node;
        }else {
            //尾插
            last.next = node;
            node.prev = last;
            last = node;
        }
    }

    public int  poll(){
        if(head == null){
            return -1;
        }
         int val = -1; 
        if(head.next == null){
            val = head.val;
            head =null;
            last = null;
            return val;
        }
         val = head.val;
         head = head.next;
         head.prev = null;
         return val;
    }

    public boolean empty(){
        return head == null;
    }

    public int peek(){
        if(head == null){
            return -1;
        }
       return head.val;
    }
}

 循环队列

  实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。如操作系统课程讲解生产者消费者模型时可能就会使用循环队列。环形队列通常使用数组实现。

  如以下数组，我们可以定义rear和front指针，front表示队头，rear表示队尾。队列采用头删，尾插的方式。当插入元素时，rear向后++，当删除元素时，front也向后++。当rear来到队尾，超出数组下标时，就可以回到数组开头，继续添加元素。数组就可以循环利用起来了。

问题：当rear和front相遇的时候，要么队列为空，要么队列为满。那么如何判断为空为满呢？

有以下方法：

1、添加usedSize属性来记录数组已经使用的长度。

2、牺牲一个空间，当rear的下一个元素时front的时候，此时rear指向的空间就不能再放了。

3、加标记，定义boolean类型的flag变量，初始为fasle，当rear与front第一次相遇的时候，置为true，当判断为true的时候，就说明再次相遇了。有可能是空，有可能是满。

注：rear如何从数组末尾回到数组开头：rear = （rear +1）%len

       rear如何获得它的前一个元素： elem[（rear + elem.length -1）%elem.length]

以下是循环队列的实现：

public class MyCircularQueue {
    public int[] elem;
    public int front;
    public int rear;

    public MyCircularQueue(int k){
        elem = new int[k];
    }

    //入队操作
    public boolean enQueue(int value){
          if(isFull()){
              return false;
          }
          elem[rear] = value;
          rear = (rear +1)%elem.length;
          return true;
    }
    //删除队头元素
    public  boolean deQueue(){
         if(isEmpty()){
             return false;
         }
         front = (front+1)%elem.length;
         return true;
    }

    //得到队头元素，不删除
    public int Front(){
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
          return elem[front];

    }

    //得到队尾元素，不删除
    public  int Rear(){
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
        int index = (rear ==0) ? elem.length -1: rear-1;
         return  elem[ index];

    }
    //判空 front和rear相遇
    public boolean isEmpty(){
          return rear == front;
    }


    public boolean  isFull(){
         return (rear +1)%elem.length == front;
    }
}

练习一题：

给定一个只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串 s ，判断字符串是否有效。

有效字符串需满足：

1. 左括号必须用相同类型的右括号闭合。
2. 左括号必须以正确的顺序闭合。
3. 每个右括号都有一个对应的相同类型的左括号。（力扣链接：. - 力扣（LeetCode））

解：

依次读取字符串，将字符放到栈中。如果是左括号，直接入栈。

如果是右括号： 有三种情况返回false：

1、在未读取完时，如果栈为空，返回false

2、读取到的右括号如果和左括号不匹配，返回false

3、在字符串读取完时，如果栈不为空，返回false

class Solution {
    public boolean isValid(String s) {
        Stack<Character> stack  = new Stack();
        for(int i=0;i<s.length();i++){
            char ch = s.charAt(i);
            //是不是左括号
            if(ch == '(' || ch == '[' || ch == '{'){
                stack.push(ch);
            }else{
                //右括号
                //1.栈为空
                if(stack.isEmpty()){
                    return false;
                }
                //2.栈不为空
               char ch2 = stack.peek();
               if((ch == ')' && ch2 == '(' )||( ch == ']' && ch2 =='[') ||( ch == '}' && ch2 =='{')){
                  stack.pop();
               }else{
                return false;
               }
               
            }
        }
        return stack.isEmpty();
    }
}

以上，关于栈和队列，希望对你有所帮助。