数据结构-栈

鱼天翱

2019-07-01

数据结构-栈

定义

栈（英语：stack）又称为堆栈或堆叠，栈作为一种数据结构，它按照先进后出的原则存储数据，先进入的数据被压入栈底，最后的数据在栈顶，需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据（最后一个数据被第一个读出来）。
　　由于堆叠数据结构只允许在一端进行操作，因而按照后进先出（LIFO, Last In First Out）的原理运作。栈也称为后进先出表

栈的应用场景

undo操作（撤销）

例如：将操作的每组数据存入栈中，如果想要撤销，只需要弹出栈顶元素，就可以恢复上一步操作了。

程序调用的系统栈

例如：A方法调用B方法得到返回值，B调用C得到返回值，A操作走到了B方法，这个时候可以将A的代码位置存储到栈中，然后走到B方法，B操作走到了C方法，这个时候可以将B的代码位置存储到栈中。最后C执行完成，根据栈的结构开始弹出数据，一步一步再走回A方法。

判断括号是否有效。下文会有代码实现（详细规则描述可以参考leetcode第20题）

开括号必须用同一类型的括号闭合。
开方括号必须按正确顺序闭合。
例如：正确的:{[()]} [{()}] ({[]}) 等。错误的：[{(})] [}{()] 等。

自定义栈基类的代码实现

栈在java.util有一个工具类，先不用，自定义实现一个

创建一个接口，用来统一规范所有栈实现

package com.datastructure.stack;

public interface Stack<E> {

    /**
     * 向栈插入元素
     * @param e
     */
    public  void push(E e);


    /**
     * 取出最上面的元素，并且返回
     * @return
     */
    public E pop();

    /**
     * 获取栈的大小
     * @return
     */
    public int getSize();

    /**
     * 判断栈是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty();

    /**
     * 获取栈最上面的元素
     * @return
     */
    public E peek();
}

用基于数组的方式来实现一个栈（上文所写的自定义数组）

package com.datastructure.stack;

import com.datastructure.array.Array;

/**
 * @program: test
 * @description:
 * @author: Mr.Yang
 * @create: 2019-05-02 15:27
 **/
public class ArrayStack<E> implements Stack<E>{

    Array<E> array;

    public ArrayStack(int capacity){
        array=new Array<E>(capacity);
    }



    public ArrayStack(){
        array=new Array<E>();
    }

    @Override
    public void push(E e) {
        array.addLast(e);
    }

    @Override
    public E pop() {
        return array.removeLast();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return array.getSize();
    }


    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return array.isEmpty();
    }


    @Override
    public E peek() {
        return array.getLast();
    }

    /**
     * 获取容量值
     * @return
     */
    public int getCapacity(){
        return array.getCapacity();
    }


    @Override
    public String toString(){
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        sb.append("stack: ");
        sb.append("[");
        for(int i=0;i<array.getSize();i++){
            sb.append(array.get(i));
            if(i!=array.getSize()-1){
                sb.append(", ");
            }
        }
        sb.append("]            right value is stack top");
        return sb.toString();
    }
}

测试代码

package com.datastructure.stack;

/**
 * @program: test
 * @description:
 * @author: Mr.Yang
 * @create: 2019-05-02 16:11
 **/
public class StackTest {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayStack<Integer> integerArrayStack = new ArrayStack<>();
        for(int i=0;i<5;i++){
            integerArrayStack.push(i);
            System.out.println(integerArrayStack);
        }
        Integer pop = integerArrayStack.pop();
        System.out.println("----移除上级元素----value is "+pop);
        System.out.println("-------------移除之后的栈打印------------------");
        System.out.println(integerArrayStack);
    }
}

测试结果

stack: [0]            right value is stack top
stack: [0, 1]            right value is stack top
stack: [0, 1, 2]            right value is stack top
stack: [0, 1, 2, 3]            right value is stack top
stack: [0, 1, 2, 3, 4]            right value is stack top
----移除上级元素----value is 4
-------------移除之后的栈打印------------------
stack: [0, 1, 2, 3]            right value is stack top

leetCode第20题，花括号正确闭合

思路

根据栈的数据结构特点，我们可以先将所有左括号‘[{(’放进栈中，然后判断当前字符如果是‘)]}’这种的右括号，但是栈顶的括号却不匹配，返回false
注意控制判断
这里使用java自带的栈工具类来实现
leetcode给的测试例子：

	1	2	3	4	5
输入例子	()	()[]{}	(]	([)]	{[]}

代码实现

package com.datastructure.stack;

import java.util.Stack;

/**
 * @program: test
 * @description:
 * @author: Mr.Yang
 * @create: 2019-05-02 16:59
 **/
public class Solution {
    public static void main(String[] args) {
        Solution solution = new Solution();
        System.out.println(solution.isValid("{\"name\": \"网站\",\"num\": 3,\"sites\": [ \"Google.com\", \"Taobao.com\", \"Waibo.wang\" ]}"));
    }
    public boolean isValid(String s) {
        Stack<Character> characters = new Stack<>();
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            char c = s.charAt(i);
            if (c == '{' || c == '[' || c == '(') {
                characters.push(c);
            } else {
                if(characters.isEmpty()){
                    return false;
                }
                Character peek = characters.pop();
                switch (c) {
                    case '}':
                        if (!peek.equals('{')) {
                            return false;
                        }
                        continue;
                    case ']':
                        if (!peek.equals('[')) {
                            return false;
                        }
                        continue;
                    case ')':
                        if (!peek.equals('(')) {
                            return false;
                        }
                        continue;
                }
            }
        }
        return characters.isEmpty();
    }

    /*public boolean isValid(String s) {
        Stack<Character> characters = new Stack<>();
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            char c = s.charAt(i);
            if (c == '{' || c == '[' || c == '(') {
                characters.push(c);
            } else {
                if(characters.isEmpty()){
                    return false;
                }
                Character toChar = characters.pop();
                if(c == ')' && toChar != '('){
                    return false;
                }
                if(c == '}' && toChar != '{'){
                    return false;
                }
                if(c == ']' && toChar != '['){
                    return false;
                }
            }
        }
        return characters.isEmpty();
    }*/
}