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数据结构算法 - 栈和队列

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红橙Darren
2018.08.26 12:33* 字数 506

栈和队列在数据结构和算法学习中,是比较容易理解的。但有时候感觉自己掌握了栈和队列,可是在写的时候遇到不同的情况,就不会处理了,因此自己还是想再总结回顾一下。

栈:
是一端受限,一端允许进行操作的线性表。即:先放的后取,后放的先取。就是我们通常说的“先进后出”(FILO)。存储结构最常见的有两种:一种是顺序存储,一种是链式存储。其中顺序存储就是之前讲的数组,链式存储就是之前讲的链表。

队列:
像栈一样,队列也是一种线性表,它的特性是“先进先出”(FIFO),插入在一端,删除在另一端。就像排队一样,刚来的人入队(push)要排在队尾,每次出队(pop)的都是队首的人。

具体的使用场景还是比较多的如:进制的转换,中缀和后缀表达式,迷宫求解,文本编辑器,二叉树遍历等等,解决方案都需要用到栈和队列的思想。下面我们就来写一写栈和队列的实现。

/**
 * 判断栈是否为空
 */
template<class E>
bool Stack<E>::isEmpty() {
    return top == -1;
}

/**
 * 顶部元素弹栈
 */
template<class E>
E Stack<E>::pop() {
    assert(top >= 0);
    return array[top--];
}

/**
 * 获取栈顶的元素
 */
template<class E>
E Stack<E>::peek() {
    assert(top >= 0);
    return array[top];
}

/**
 * 元素压栈
 */
template<class E>
void Stack<E>::push(E e) {
    if (top + 1 == size) {
        growArray();
    }
    array[++top] = e;
}

/**
 * 扩容数组
 */
template<class E>
void Stack<E>::growArray() {
    size += size >> 1;
    array = (E *) realloc(array, size * sizeof(E));
}

用数组来实现一个栈挺简单的,那如果用数组来实现一个队列呢?队列是先进先出的,那么每次出队列的时候我们需要移除第一个元素,因为是存储结构是数组,后面的元素就都需要往前面逻动,时间复杂度是 O(n)。这个时候我们不妨想一下有没办法可以不用逻动元素,将时间复杂度转换为 O(1) 级别的? 答案是:双向数组

template<class E>
ArrayQueue<E>::ArrayQueue(int size) {
    // 确保数组的长度是 2 的幂次
    int init_size = 8;
    if (size >= init_size) {
        init_size = size;
        init_size |= init_size >> 1;
        init_size |= init_size >> 2;
        init_size |= init_size >> 4;
        init_size |= init_size >> 8;
        init_size |= init_size >> 16;
        init_size += 1;
    }
    array = (E *) malloc(sizeof(E) * init_size);
    this->size = init_size;
}

template<class E>
void ArrayQueue<E>::push(E e) {
    head = (head - 1) & (size - 1);
    array[head] = e;
    if (head == tail) {
        growArray();
    }
}

template<class E>
E ArrayQueue<E>::pop() {
    tail = (tail - 1) & (size - 1);
    return array[tail];
}

template<class E>
E ArrayQueue<E>::peek() {
    return array[(tail - 1) & (size - 1)];
}

template<class E>
bool ArrayQueue<E>::isEmpty() {
    return tail == head;
}

template<class E>
ArrayQueue<E>::~ArrayQueue() {
    delete[] array;
}
/**
* 开辟新的数组并调整元素循序
**/
template<class E>
void ArrayQueue<E>::growArray() {
    int new_size = size << 1;
    E *new_array = (E *) malloc(new_size * sizeof(E));

    // 把数组后面的元素逻动到前面
    int r = size - tail;
    copyArrayElement(array, head, new_array, 0, r);
    // 把数组前面的元素逻动到后面
    copyArrayElement(array, 0, new_array, r, head);
    // 释放就内存
    free(array);
    array = new_array;
    // 重新改变指向
    head = 0;
    tail = size;
    size = new_size;
}

视频链接:https://pan.baidu.com/s/1PC1ZBrtzjVB6VFShhLAagQ
视频密码:bmmt

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