數據結構學習與運用-棧

棧的定義

棧是一種先進後出的數據結構，咱們把容許插入和刪除的一端稱爲棧頂，另外一端稱爲棧底，不含任何元素的棧稱爲空棧。

一、棧的操做端一般被稱爲棧頂，另外一端被稱爲棧底。 二、棧的插入操做稱爲進棧（壓棧|push）；棧刪除操做稱爲出棧（彈棧|pop）。

棧的分類

根據棧的存儲方式，棧能夠分爲靜態棧(數組實現)和動態棧(鏈表實現)。

靜態棧

對於靜態棧，咱們通常經過數組來實現的。實現一個棧，裏面主要涉及到 2 種狀態和 2 種操做。

1. 2 種狀態：棧滿和棧空
2. 2 種操做：出棧和入棧

Java代碼實現靜態棧

首先咱們須要使用到一個數組來存儲數據，其次還須要一個變量用於棧的容量大小，還有一個變量來指示棧頂的數據。所以棧的內部數據結構以下所示：

private T data[];// 用數組表示棧元素
  private int maxSize;// 棧空間大小(常量)
  private int top;// 棧頂指針(指向棧頂元素)
複製代碼

對於棧的構造函數，咱們能夠以下表示：

public LJStack(int maxSize) {
    this.maxSize = maxSize;
    this.top = -1;
    this.data = (T[]) new Object[maxSize];
  }
複製代碼

對於棧空的判斷很簡單，只須要判斷 top 是否等於-1便可：

/**
   * 判斷棧是否爲空
   * 
   * @return
   */
  public boolean isEmpty() {
    return this.top == (-1) ? true : false;
  }
複製代碼

對於棧滿的狀態判斷也很簡單，經過 top 的值是否等於棧的容量大小 -1 即：

/**
   * 判斷棧是否爲滿了
   * 
   * @return
   */
  public boolean isFull() {
    return this.top == this.maxSize - 1 ? true : false;
  }
複製代碼

兩種狀態已經實現了，接下來咱們來看下兩種操做，對於入棧操做，核心就是數組的增長而已：

/**
   * 壓棧操做，將數據存入到棧中
   * 
   * @param value
   */
  public boolean push(T value) {
    if (isFull()) {
      return false;
    } else {
      data[++top] = value;
      return true;
    }
  }
複製代碼

對於出棧來講就是將取出數組最後一個值：

/**
   * 出棧操做
   * @return
   */
  public T pop() {
    if (isEmpty()) {
      return null;
    } else {
      return data[top--];
    }
  }
複製代碼

以上即是用數組來實現的靜態棧，咱們能夠進行簡單的測試一下：

LJStack<String> stack = new LJStack<String>(10);
System.out.println("是否棧空：" + stack.isEmpty());
stack.push("AAAA");
stack.push("BBBB");
stack.push("CCCC");
stack.push("DDDD");
stack.push("1111");
stack.push("2222");
stack.push("3333");
stack.push("4444");
stack.push("5555");
stack.push("6666");
stack.push("7777");
stack.push("8888");
System.out.println("是否棧滿：" + stack.isFull());
複製代碼

打印出結果是：

咱們觀察結果會發現，打印棧裏面的結果發現，居然沒有「7777」，「8888」，那是由於棧滿了，因此沒法入棧了。所以能夠判斷，上面咱們寫的代碼是正確的。

鏈式棧

接着咱們來討論一下鏈式棧的實現。其實鏈式棧是經過鏈表實現棧，咱們能夠想象有個棧頂節點，當入棧的時候，原先的棧頂節點成爲新的節點後繼節點，新的節點成爲新的棧頂節點。同理，出棧的時候，將棧頂節點彈出，第二個節點成爲新的棧頂節點。

Java代碼實現鏈式棧

既然鏈式棧是經過鏈表來實現的，首先咱們須要構造一個鏈表的節點LJLinkNode，

public class LJLinkNode <T>{
  private T data;//數據域
  private LJLinkNode<T> next;//指針域
  
  public LJLinkNode() {
    this.data=null;
    this.next=null;
  }
  
  public LJLinkNode(T data) {
    this.data=data;
    this.next=null;
  }
  
  public void setData(T data) {
    this.data=data;
  }
  
  public T getData() {
    return this.data;
  }
  
  public void setNext(LJLinkNode<T> next) {
    this.next=next;
  }
  
  public LJLinkNode<T> getNext(){
    return this.next;
  }
}
複製代碼

具體實現以下：

private LJLinkNode<T> topLinkNode;// 棧頂節點
​
  /**
   * 初始化
   */
  public LJLinkStack() {
    this.topLinkNode = new LJLinkNode<T>();
  }
​
  /**
   * 初始化
   */
  public void initLinkStack() {
    this.topLinkNode.setData(null);
    this.topLinkNode.setNext(null);
  }
複製代碼

判斷棧空狀態：

/**
   * 判斷是否棧空
   * 
   * @return
   */
  public boolean isEmpty() {
    return this.topLinkNode.getNext() == null;
  }
複製代碼

壓棧操做：

/**
   * 壓棧 
   * 當入棧的時候，原先的棧頂節點成爲新的節點後繼節點，新的節點成爲新的棧頂節點。
   * 
   * @param node
   */
  public void push(LJLinkNode<T> node) {
    if (isEmpty()) {
      this.topLinkNode.setNext(node);
    } else {
      node.setNext(this.topLinkNode.getNext());
      this.topLinkNode.setNext(node);
    }
  }
複製代碼

出棧操做：

/**
   * 出棧 
   * 出棧的時候，將棧頂節點彈出，第二個節點成爲新的棧頂節點。
   * @return
   */
  public LJLinkNode<T> pop() {
    if (isEmpty()) {
      // 棧空沒法彈棧
      return null;
    } else {
      LJLinkNode<T> delNode = this.topLinkNode.getNext();// 取出刪除節點
      this.topLinkNode.setNext(this.topLinkNode.getNext().getNext());// 刪除節點
      return delNode;
    }
  }
複製代碼

咱們來測試一下寫的代碼：

LJLinkStack<String> linkStack = new LJLinkStack<String>();
    System.out.println("棧是否爲空：" + linkStack.isEmpty());
    linkStack.push(new LJLinkNode<String>("AAAAA"));
    linkStack.push(new LJLinkNode<String>("BBBBB"));
    linkStack.push(new LJLinkNode<String>("CCCCC"));
​
    // 依次彈棧
    System.out.println("彈棧順序：");
    System.out.println(linkStack.pop().getData());
    System.out.println(linkStack.pop().getData());
    System.out.println(linkStack.pop().getData());
複製代碼

打印結果以下：

以上即是棧的靜態及動態實現方式。那麼這兩種方式有什麼具體運用呢？接着咱們來經過具體的面試題目來運用棧。

算法運用

題目：匹配有效的括號

給定一個只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串，判斷字符串是否有效。


有效字符串需知足：


左括號必須用相同類型的右括號閉合。
左括號必須以正確的順序閉合。
注意空字符串可被認爲是有效字符串。


示例 1:
輸入: "()"
輸出: true

示例 2:
輸入: "()[]{}"
輸出: true

示例 3:
輸入: "(]"
輸出: false

示例 4:
輸入: "([)]"
輸出: false

示例 5:
輸入: "{[]}"
輸出: true
複製代碼

來源：力扣（LeetCode） 連接：leetcode-cn.com/problems/va…