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Java面试题:栈和队列的实现

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:

作者:来源:生命壹号|2015-09-10 08:46

开发者大赛路演 | 12月16日,技术创新,北京不见不散


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:

e6e0ae76-0eed-4f1c-95a0-10e543237d63

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:

fd770486-0cbe-45d8-96a7-0f3116045a35

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:

e5334faf-a36e-4aa2-9fe3-18157717bacd

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:

7c0470f9-0558-4b00-9e04-51d018dd6081

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());
    }
}

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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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