java数据结构栈和队列

Java数据结构：栈和队列

栈和队列是Java编程中最常用的两种数据结构类型。它们都代表着一种线性数据结构，其中元素被按照线性的顺序存储，且每个元素只有一个前继和一个后继。栈和队列之间的主要区别在于元素添加和移除的位置以及顺序。本文将从多个角度分析Java数据结构中的栈和队列。

栈的基本概念和实现

栈是一个简单的数据结构，它遵循“后进先出”（LIFO）的原则。栈中插入和删除元素只发生在一个端点，通常称为栈顶。Java中的栈通常用数组或链表来实现。使用数组实现栈通常是最简单的方法，因为数组在Java中的表现形式非常优秀。当元素被推入栈中时，它们被放置在栈的顶部，从而成为新的栈顶。当元素从栈中弹出时，它们从栈顶被删除。下面是一段用数组实现栈的Java代码：

```

public class Stack {

private int maxSize;

private int[] stackArray;

private int top;

public Stack(int s) {

maxSize = s;

stackArray = new int[maxSize];

top = -1;

}

public void push(int j) {

stackArray[++top] = j;

}

public int pop() {

return stackArray[top--];

}

public int peek() {

return stackArray[top];

}

public boolean isEmpty() {

return (top == -1);

}

public boolean isFull() {

return (top == maxSize - 1);

}

}

```

队列的基本概念和实现

队列和栈非常相似，因为它们都是线性数据结构。但与栈不同的是，队列遵循“先进先出”（FIFO）的原则。这意味着，最先被插入队列的元素将首先被删除，而最后插入的元素将被保留在队列中。在Java中，队列可以使用数组或链表来实现。这里，我们提供的是使用链表实现队列的Java代码：

```

public class Queue {

private Node first; // 指向队列的开头

private Node last; // 指向队列的末尾

private class Node {

Object item;

Node next;

}

public boolean isEmpty() {

return first == null;

}

public void enqueue(Object item) {

Node oldlast = last;

last = new Node();

last.item = item;

last.next = null;

if (isEmpty()) first = last;

else oldlast.next = last;

}

public Object dequeue() {

if (isEmpty()) throw new NoSuchElementException("Queue underflow");

Object item = first.item;

first = first.next;

if (isEmpty()) last = null;

return item;

}

}

```

栈和队列的比较

在实际编程中，很难说哪种数据结构比另一种更优越，因为每种数据结构都有不同的优点和缺点。在下面的表格中，我们将比较栈和队列之间的一些差异。

| 特征 | 栈 | 队列 |

| ---- | ---- | ---- |

| 插入和删除操作 | 在栈的顶部进行 | 在队列的末尾进行 |

| 实现方式 | 可以使用数组或链表实现 | 可以使用数组或链表实现 |

| 数据事实上的存储 | 后进先出 | 先进先出 |

| 功能 | 主要用于函数调用和数据结构的反转 | 常用于模拟现实生活的情形，如排队等 |

栈的例子

栈在编程中的用途非常广泛。以下是两个使用栈的示例：

1. 浏览器的后退操作

当你在浏览器中点击“返回”按钮时，浏览器实际上是在访问一个记录在栈中的历史记录。这个历史记录称为“后退堆栈”，因为这些页面是通过先进后出的方式记录的。

2. 括号匹配

在编程的某些领域中，如编译器设计、计算机语言解析和表达式计算等，括号匹配是一项很重要的任务。利用栈，我们可以轻松地验证括号序列中是否有匹配的括号。以下是括号匹配的Java代码：

```

public boolean isBalanced(String expression) {

Stack s = new Stack ();

for (int i = 0; i < expression.length(); i++) {

char c = expression.charAt(i);

if (c == '(') s.push(c);

if (c == ')') {

if (s.isEmpty()) return false;

s.pop();

}

}

return s.isEmpty();

}

```

队列的例子

队列在现实生活中有很多应用，例如排队。以下是两个使用队列的示例：

1. 火车站排队

对于需要从火车站购票的人们来说，队列是一种推荐的排队方法。然而，如果没有足够的窗口或后台工作人员，火车站会比较拥挤，因此，需要引入队列来管理人流量。

2. 广度优先搜索

广度优先搜索是一种图形算法，它以一种基于队列的方式遍历每个节点。它首先探索图形的第一层节点，然后是第二层，以此类推，直到找到目标节点。以下是广度优先搜索的伪代码：

```

public void bfs(Node start) {

Queue q = new Queue ();

q.enqueue(start);

start.visited = true;

while (!q.isEmpty()) {

Node node = q.dequeue();

for (Node neighbour : node.neighbours) {

if (!neighbour.visited) {

q.enqueue(neighbour);

neighbour.visited = true;

}

}

}

}

```

结论

栈和队列都是Java编程中最常用的数据结构类型之一。它们都代表线性数据结构，但栈遵循LIFO的原则，而队列遵循FIFO的原则。在实际编程中，栈和队列有着许多应用。根据应用场景的不同，我们可以选择使用栈或队列来存储、管理和操作数据。

关键字：Java、数据结构、栈、队列