Java面試題：棧和隊列的實現
面試的時候，棧和隊列經常會成對出現來考察。本文包含棧和隊列的如下考試內容：
（1）棧的創建
（2）隊列的創建
（3）兩個棧實現一個隊列
（4）兩個隊列實現一個棧
（5）設計含最小函數min()的棧，要求min、push、pop、的時間復雜度都是O(1)
（6）判斷棧的push和pop序列是否一致
1、棧的創建：
我們接下來通過鏈表的形式來創建棧，方便擴充。
代碼實現：
public class Stack {
public Node head;
public Node current;
//方法：入棧操作
public void push(int data) {
if (head == null) {
head = new Node(data);
current = head;
} else {
Node node = new Node(data);
node.pre = current;//current結點將作為當前結點的前驅結點
current = node; //讓current結點永遠指向新添加的那個結點
}
}
public Node pop() {
if (current == null) {
return null;
}
Node node = current; // current結點是我們要出棧的結點
current = current.pre; //每出棧一個結點后，current后退一位
return node;
}
class Node {
int data;
Node pre; //我們需要知道當前結點的前一個結點
public Node(int data) {
this.data = data;
}
}
public static void main(String[] args) {
Stack stack = new Stack();
stack.push(1);
stack.push(2);
stack.push(3);
System.out.println(stack.pop().data);
System.out.println(stack.pop().data);
System.out.println(stack.pop().data);
}
}
入棧操作時，14、15行代碼是關鍵。
運行效果：
2、隊列的創建：
隊列的創建有兩種形式：基于數組結構實現（順序隊列）、基于鏈表結構實現（鏈式隊列）。
我們接下來通過鏈表的形式來創建隊列，這樣的話，隊列在擴充時會比較方便。隊列在出隊時，從頭結點head開始。
代碼實現：
入棧時，和在普通的鏈表中添加結點的操作是一樣的；出隊時，出的永遠都是head結點。
public class Queue {
public Node head;
public Node curent;
//方法：鏈表中添加結點
public void add(int data) {
if (head == null) {
head = new Node(data);
curent = head;
} else {
curent.next = new Node(data);
curent = curent.next;
}
}
//方法：出隊操作
public int pop() throws Exception {
if (head == null) {
throw new Exception("隊列為空");
}
Node node = head; //node結點就是我們要出隊的結點
head = head.next; //出隊之后，head指針向下移
return node.data;
}
class Node {
int data;
Node next;
public Node(int data) {
this.data = data;
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Queue queue = new Queue();
//入隊操作
for (int i = 0; i < 5; i++) {
queue.add(i);
}
//出隊操作
System.out.println(queue.pop());
System.out.println(queue.pop());
System.out.println(queue.pop());
}
}
運行效果：
3、兩個棧實現一個隊列：
思路：
棧1用于存儲元素，棧2用于彈出元素，負負得正。
說的通俗一點，現在把數據1、2、3分別入棧一，然后從棧一中出來（3、2、1），放到棧二中，那么，從棧二中出來的數據（1、2、3）就符合隊列的規律了，即負負得正。
完整版代碼實現：
import java.util.Stack;
/**
* Created by smyhvae on 2015/9/9.
*/
public class Queue {
private Stack<Integer> stack1 = new Stack<>();//執行入隊操作的棧
private Stack<Integer> stack2 = new Stack<>();//執行出隊操作的棧
//方法：給隊列增加一個入隊的操作
public void push(int data) {
stack1.push(data);
}
//方法：給隊列正價一個出隊的操作
public int pop() throws Exception {
if (stack2.empty()) {//stack1中的數據放到stack2之前，先要保證stack2里面是空的（要么一開始就是空的，要么是stack2中的數據出完了），不然出隊的順序會亂的，這一點很容易忘
while (!stack1.empty()) {
stack2.push(stack1.pop());//把stack1中的數據出棧，放到stack2中【核心代碼】
}
}
if (stack2.empty()) { //stack2為空時，有兩種可能：1、一開始，兩個棧的數據都是空的；2、stack2中的數據出完了
throw new Exception("隊列為空");
}
return stack2.pop();
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Queue queue = new Queue();
queue.push(1);
queue.push(2);
queue.push(3);
System.out.println(queue.pop());
queue.push(4);
System.out.println(queue.pop());
System.out.println(queue.pop());
System.out.println(queue.pop());
}
}
注意第22行和第30行代碼的順序，以及注釋，需要仔細理解其含義。
運行效果：
4、兩個隊列實現一個棧：
思路：
將1、2、3依次入隊列一， 然后最上面的3留在隊列一，將下面的2、3入隊列二，將3出隊列一，此時隊列一空了，然后把隊列二中的所有數據入隊列一；將最上面的2留在隊列一，將下面的3入隊列二。。。依次循環。
代碼實現：
import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Queue;
/**
* Created by smyhvae on 2015/9/9.
*/
public class Stack {
Queue<Integer> queue1 = new ArrayDeque<Integer>();
Queue<Integer> queue2 = new ArrayDeque<Integer>();
//方法：入棧操作
public void push(int data) {
queue1.add(data);
}
//方法：出棧操作
public int pop() throws Exception {
int data;
if (queue1.size() == 0) {
throw new Exception("棧為空");
}
while (queue1.size() != 0) {
if (queue1.size() == 1) {
data = queue1.poll();
while (queue2.size() != 0) { //把queue2中的全部數據放到隊列一中
queue1.add(queue2.poll());
return data;
}
}
queue2.add(queue1.poll());
}
throw new Exception("棧為空");//不知道這一行的代碼是什么意思
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Stack stack = new Stack();
stack.push(1);
stack.push(2);
stack.push(3);
System.out.println(stack.pop());
System.out.println(stack.pop());
stack.push(4);
}
}
運行效果：
5、設計含最小函數min()的棧，要求min、push、pop、的時間復雜度都是O(1)。min方法的作用是：就能返回是棧中的最小值。【微信面試題】
普通思路：
一般情況下，我們可能會這么想：利用min變量，每次添加元素時，都和min元素作比較，這樣的話，就能保證min存放的是最小值。但是這樣的話，會存在一個問題：如果最小的元素出棧了，那怎么知道剩下的元素中哪個是最小的元素呢？
改進思路：
這里需要加一個輔助棧，用空間換取時間。輔助棧中，棧頂永遠保存著當前棧中最小的數值。具體是這樣的：原棧中，每次添加一個新元素時，就和輔助棧的棧頂元素相比較，如果新元素小，就把新元素的值放到輔助棧中，如果新元素大，就把輔助棧的棧頂元素再copy一遍放到輔助棧的棧頂；原棧中，出棧時，
完整代碼實現：
import java.util.Stack;
/**
* Created by smyhvae on 2015/9/9.
*/
public class MinStack {
private Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();
private Stack<Integer> minStack = new Stack<Integer>(); //輔助棧：棧頂永遠保存stack中當前的最小的元素
public void push(int data) {
stack.push(data); //直接往棧中添加數據
//在輔助棧中需要做判斷
if (minStack.size() == 0 || data < minStack.peek()) {
minStack.push(data);
} else {
minStack.add(minStack.peek()); //【核心代碼】peek方法返回的是棧頂的元素
}
}
public int pop() throws Exception {
if (stack.size() == 0) {
throw new Exception("棧中為空");
}
int data = stack.pop();
minStack.pop(); //核心代碼
return data;
}
public int min() throws Exception {
if (minStack.size() == 0) {
throw new Exception("棧中空了");
}
return minStack.peek();
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
MinStack stack = new MinStack();
stack.push(4);
stack.push(3);
stack.push(5);
System.out.println(stack.min());
}
}
6、判斷棧的push和pop序列是否一致：
通俗一點講：已知一組數據1、2、3、4、5依次進棧，那么它的出棧方式有很多種，請判斷一下給出的出棧方式是否是正確的？
例如：
數據：
1、2、3、4、5
出棧1：
5、4、3、2、1（正確）
出棧2：
4、5、3、2、1（正確）
出棧3：
4、3、5、1、2（錯誤）
完整版代碼：
import java.util.Stack;
/**
* Created by smyhvae on 2015/9/9.
*/
public class StackTest {
//方法：data1數組的順序表示入棧的順序。現在判斷data2的這種出棧順序是否正確
public static boolean sequenseIsPop(int[] data1, int[] data2) {
Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>(); //這里需要用到輔助棧
for (int i = 0, j = 0; i < data1.length; i++) {
stack.push(data1[i]);
while (stack.size() > 0 && stack.peek() == data2[j]) {
stack.pop();
j++;
}
}
return stack.size() == 0;
}
public static void main(String[] args) {
Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();
int[] data1 = {1, 2, 3, 4, 5};
int[] data2 = {4, 5, 3, 2, 1};
int[] data3 = {4, 5, 2, 3, 1};
System.out.println(sequenseIsPop(data1, data2));
System.out.println(sequenseIsPop(data1, data3));
}
}
代碼比較簡潔，但也比較難理解，要仔細體會。
運行效果：
