栈和队列的面试题Java实现

二、栈和队列：

 

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：

 1 public class Stack {
 2 
 3     public Node head;
 4     public Node current;
 5 
 6 
 7     //方法：入栈操作
 8     public void push(int data) {
 9         if (head == null) {
10             head = new Node(data);
11             current = head;
12         } else {
13             Node node = new Node(data);
14             node.pre = current;//current结点将作为当前结点的前驱结点
15             current = node;  //让current结点永远指向新添加的那个结点
16         }
17     }
18 
19     public Node pop() {
20         if (current == null) {
21             return null;
22         }
23 
24         Node node = current; // current结点是我们要出栈的结点
25         current = current.pre;  //每出栈一个结点后，current后退一位
26         return node;
27 
28     }
29 
30 
31     class Node {
32         int data;
33         Node pre;  //我们需要知道当前结点的前一个结点
34 
35         public Node(int data) {
36             this.data = data;
37         }
38     }
39 
40 
41     public static void main(String[] args) {
42 
43         Stack stack = new Stack();
44         stack.push(1);
45         stack.push(2);
46         stack.push(3);
47 
48         System.out.println(stack.pop().data);
49         System.out.println(stack.pop().data);
50         System.out.println(stack.pop().data);
51     }
52 
53 }

入栈操作时，14、15行代码是关键。

运行效果：

 

 

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。

 1 public class Queue {
 2     public Node head;
 3     public Node curent;
 4 
 5     //方法：链表中添加结点
 6     public void add(int data) {
 7         if (head == null) {
 8             head = new Node(data);
 9             curent = head;
10         } else {
11             curent.next = new Node(data);
12             curent = curent.next;
13         }
14     }
15 
16     //方法：出队操作
17     public int pop() throws Exception {
18         if (head == null) {
19             throw new Exception("队列为空");
20         }
21 
22         Node node = head;  //node结点就是我们要出队的结点
23         head = head.next; //出队之后，head指针向下移
24 
25         return node.data;
26 
27     }
28 
29 
30     class Node {
31         int data;
32         Node next;
33 
34         public Node(int data) {
35             this.data = data;
36         }
37     }
38 
39 
40     public static void main(String[] args) throws Exception {
41         Queue queue = new Queue();
42         //入队操作
43         for (int i = 0; i < 5; i++) {
44             queue.add(i);
45         }
46 
47         //出队操作
48         System.out.println(queue.pop());
49         System.out.println(queue.pop());
50         System.out.println(queue.pop());
51 
52     }
53 }

运行效果：

 

 

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：

 1 import java.util.Stack;
 2 
 3 /**
 4  * Created by smyhvae on 2015/9/9.
 5  */
 6 public class Queue {
 7 
 8     private Stack<Integer> stack1 = new Stack<>();//执行入队操作的栈
 9     private Stack<Integer> stack2 = new Stack<>();//执行出队操作的栈
10 
11 
12     //方法：给队列增加一个入队的操作
13     public void push(int data) {
14         stack1.push(data);
15 
16     }
17 
18     //方法：给队列正价一个出队的操作
19     public int pop() throws Exception {
20 
21 
22         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
23 
24             while (!stack1.empty()) {
25                 stack2.push(stack1.pop());//把stack1中的数据出栈，放到stack2中【核心代码】
26             }
27 
28         }
29 
30         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
31             throw new Exception("队列为空");
32         }
33 
34         return stack2.pop();
35     }
36 
37     public static void main(String[] args) throws Exception {
38         Queue queue = new Queue();
39         queue.push(1);
40         queue.push(2);
41         queue.push(3);
42 
43         System.out.println(queue.pop());
44 
45         queue.push(4);
46 
47         System.out.println(queue.pop());
48         System.out.println(queue.pop());
49         System.out.println(queue.pop());
50 
51     }
52 
53 }

 

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：

 

 

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：

 1 import java.util.ArrayDeque;
 2 import java.util.Queue;
 3 
 4 /**
 5  * Created by smyhvae on 2015/9/9.
 6  */
 7 public class Stack {
 8 
 9     Queue<Integer> queue1 = new ArrayDeque<Integer>();
10     Queue<Integer> queue2 = new ArrayDeque<Integer>();
11 
12     //方法：入栈操作
13     public void push(int data) {
14         queue1.add(data);
15     }
16 
17     //方法：出栈操作
18     public int pop() throws Exception {
19         int data;
20         if (queue1.size() == 0) {
21             throw new Exception("栈为空");
22         }
23 
24         while (queue1.size() != 0) {
25             if (queue1.size() == 1) {
26                 data = queue1.poll();
27                 while (queue2.size() != 0) {  //把queue2中的全部数据放到队列一中
28                     queue1.add(queue2.poll());
29                     return data;
30                 }
31             }
32             queue2.add(queue1.poll());
33         }
34         throw new Exception("栈为空");//不知道这一行的代码是什么意思
35     }
36 
37     public static void main(String[] args) throws Exception {
38         Stack stack = new Stack();
39 
40         stack.push(1);
41         stack.push(2);
42         stack.push(3);
43 
44         System.out.println(stack.pop());
45         System.out.println(stack.pop());
46         stack.push(4);
47     }
48 }

运行效果：

 

 

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：

 1 import java.util.Stack;
 2 
 3 /**
 4  * Created by smyhvae on 2015/9/9.
 5  */
 6 public class MinStack {
 7 
 8     private Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();
 9     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
10 
11 
12     public void push(int data) {
13         stack.push(data);  //直接往栈中添加数据
14 
15         //在辅助栈中需要做判断
16         if (minStack.size() == 0 || data < minStack.peek()) {
17             minStack.push(data);
18         } else {
19             minStack.add(minStack.peek());   //【核心代码】peek方法返回的是栈顶的元素
20         }
21     }
22 
23     public int pop() throws Exception {
24         if (stack.size() == 0) {
25             throw new Exception("栈中为空");
26         }
27 
28         int data = stack.pop();
29         minStack.pop();  //核心代码
30         return data;
31     }
32 
33     public int min() throws Exception {
34         if (minStack.size() == 0) {
35             throw new Exception("栈中空了");
36         }
37         return minStack.peek();
38     }
39 
40     public static void main(String[] args) throws Exception {
41         MinStack stack = new MinStack();
42         stack.push(4);
43         stack.push(3);
44         stack.push(5);
45 
46         System.out.println(stack.min());
47     }
48 }

 

 

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：

 1 import java.util.Stack;
 2 
 3 /**
 4  * Created by smyhvae on 2015/9/9.
 5  */
 6 public class StackTest {
 7 
 8 
 9     //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
10     public static boolean sequenseIsPop(int[] data1, int[] data2) {
11         Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>(); //这里需要用到辅助栈
12 
13         for (int i = 0, j = 0; i < data1.length; i++) {
14             stack.push(data1[i]);
15 
16             while (stack.size() > 0 && stack.peek() == data2[j]) {
17                 stack.pop();
18                 j++;
19             }
20         }
21         return stack.size() == 0;
22     }
23 
24 
25     public static void main(String[] args) {
26 
27         Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();
28 
29         int[] data1 = {1, 2, 3, 4, 5};
30         int[] data2 = {4, 5, 3, 2, 1};
31         int[] data3 = {4, 5, 2, 3, 1};
32 
33         System.out.println(sequenseIsPop(data1, data2));
34         System.out.println(sequenseIsPop(data1, data3));
35     }
36 }

代码比较简洁，但也比较难理解，要仔细体会。

运行效果：