java——栈和队列 面试题

（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

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1. 栈的创建

public class Stack{
    public Node head;
    public Node current;

    //入栈
    public void push(int data){
        if(head==null){
            head=new Node(data);
            current=head;
        }else{
            Node node=new Node(data);
            node.pre=current;
            current=node;  ////让current结点永远指向新添加的那个结点
        }
    }

    public Node pop(){
        if(current==null){
            return null;
        }
        Node node=current;
        current=current.pre; //current结点是我们要出栈的结点
        return node;
    }

    class Node{
        int data;
        Node pre;
        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);
    }
}

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。

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。

public class Queue{
    public Node head;
    public Node current;

    //链表中添加节点
    public void add(int data){
        if(head==null){
            head=new Node(data);
            current=head;
        }else{
            current.next=new Node(data);
            current=current.next;
        }
    }

    //出队操作
    public int pop() throws Exception{
        if(head==null){
            throw new Exception("队列为空");
        }
        Node node=head;
        head=node.next;
        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();

        for(int i=0; i<5; i++){
            queue.add(i);
        }

        System.out.println(queue.pop());
        System.out.println(queue.pop());
        System.out.println(queue.pop());
    }
}

3. 两个栈实现一个队列

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。

import java.util.Stack;

/**
* Created by smyhvae on 2015/9/9.
*/
public class Queue {

private Stack<Integer> stack1 = new Stack<>();//执行入队操作的栈
 private Stack<Integer> stack2 = new Stack<>();//执行出队操作的栈

//方法：给队列增加一个入队的操作
 public void push(int data) {
  stack1.push(data);

}

//方法：给队列正价一个出队的操作
 public int pop() throws Exception {

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

while (!stack1.empty()) {
    stack2.push(stack1.pop());//把stack1中的数据出栈，放到stack2中【核心代码】
   }

}

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
   throw new Exception("队列为空");
  }

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());

}

}

4. 两个队列实现一个栈

解法：

1. 有两个队列q1和q2，先往q1内插入a，b，c，这做的都是栈的push操作。
2. 现在要做pop操作，即要得到c，这时可以将q1中的a,b两个元素全部dequeue并存入q2中，这时q2中元素为a，b，对q1再做一次dequeue操作即可得到c。
3. 如果继续做push操作，比如插入d，f，则把d，f插入到q2中，
4. 此时若要做pop操作，则做步骤2
5. 以此类推，就实现了用两个队列来实现一个栈的目的。

注意在此过程中，新push进来的元素总是插入到非空队列中，空队列则用来保存pop操作之后的那些元素，那么此时空队列不为空了，原来的非空队列变为空了，总是这样循环。

对于push和pop操作，其时间为O(n).

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：入栈操作
 public void push(int data) {
  queue1.add(data);
 }

//方法：出栈操作
 public int pop() throws Exception {
  int data;
  if (queue1.size() == 0) {
   throw new Exception("栈为空");
  }

while (queue1.size() != 0) {
   if (queue1.size() == 1) {
    data = queue1.poll();
    while (queue2.size() != 0) { //把queue2中的全部数据放到队列一中
     queue1.add(queue2.poll());
     return data;
    }
   }
   queue2.add(queue1.poll());
  }
  throw new Exception("栈为空");//不知道这一行的代码是什么意思
 }

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);
 }
}

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

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

import java.util.Stack;
public class MinStack {

private Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>();
 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

public void push(int data) {
  stack.push(data); //直接往栈中添加数据

//在辅助栈中需要做判断
  if (minStack.size() == 0 || data < minStack.peek()) {
   minStack.push(data);
  } else {
   minStack.add(minStack.peek()); //【核心代码】peek方法返回的是栈顶的元素
  }
 }

public int pop() throws Exception {
  if (stack.size() == 0) {
   throw new Exception("栈中为空");
  }

int data = stack.pop();
  minStack.pop(); //核心代码
  return data;
 }

public int min() throws Exception {
  if (minStack.size() == 0) {
   throw new Exception("栈中空了");
  }
  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)

如果我们希望pop的数字正好是栈顶数字，直接pop出栈即可；如果希望pop的数字目前不在栈顶，我们就到push序列中还没有被push到栈里的数字中去搜索这个数字，并把在它之前的所有数字都push进栈。如果所有的数字都被push进栈仍然没有找到这个数字，表明该序列不可能是一个pop序

import java.util.Stack;

public class StackTest {

    //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
    public static boolean sequenseIsPop(int[] data1, int[] data2) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<Integer>(); //这里需要用到辅助栈

        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));
    }
}