2022-09-16数据结构00
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面试官:说说你对栈、队列的理解?应用场景?

一、栈

栈(stack)又名堆栈,它是一种运算受限的线性表,限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表

表尾这一端被称为栈顶,相反地另一端被称为栈底,向栈顶插入元素被称为进栈、入栈、压栈,从栈顶删除元素又称作出栈

所以其按照先进后出的原则存储数据,先进入的数据被压入栈底,最后的数据在栈顶,需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据,具有记忆作用

关于栈的简单实现,如下:

class Stack {
  constructor() {
    this.items = [];
  }

  /**
   * 添加一个(或几个)新元素到栈顶
   * @param {*} element 新元素
   */
  push(element) {
    this.items.push(element)
  }

  /**
   * 移除栈顶的元素,同时返回被移除的元素
   */
  pop() {
    return this.items.pop()
  }

  /**
   * 返回栈顶的元素,不对栈做任何修改(这个方法不会移除栈顶的元素,仅仅返回它)
   */
  peek() {
    return this.items[this.items.length - 1]
  }

  /**
   * 如果栈里没有任何元素就返回true,否则返回false
   */
  isEmpty() {
    return this.items.length === 0
  }

  /**
   * 移除栈里的所有元素
   */
  clear() {
    this.items = []
  }

  /**
   * 返回栈里的元素个数。这个方法和数组的length属性很类似
   */
  size() {
    return this.items.length
  }
}

关于栈的操作主要的方法如下:

  • push:入栈操作
  • pop:出栈操作

二、队列

跟栈十分相似,队列是一种特殊的线性表,特殊之处在于它只允许在表的前端(front)进行删除操作,而在表的后端(rear)进行插入操作

进行插入操作的端称为队尾,进行删除操作的端称为队头,当队列中没有元素时,称为空队列

在队列中插入一个队列元素称为入队,从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入,在另一端删除,所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除,故队列又称为先进先出

简单实现一个队列的方式,如下:

class Queue {
    constructor() {
        this.list = []
        this.frontIndex = 0
        this.tailIndex = 0
    }
    enqueue(item) {
        this.list[this.tailIndex++] = item
    }
    unqueue() {
        const item  = this.list[this.frontIndex]
        this.frontIndex++        
        return item
    }
}

上述这种入队和出队操作中,头尾指针只增加不减小,致使被删元素的空间永远无法重新利用

当队列中实际的元素个数远远小于向量空间的规模时,也可能由于尾指针已超越向量空间的上界而不能做入队操作,出该现象称为"假溢"

在实际使用队列时,为了使队列空间能重复使用,往往对队列的使用方法稍加改进:

无论插入或删除,一旦rear指针增1或front指针增1 时超出了所分配的队列空间,就让它指向这片连续空间的起始位置,这种队列也就是循环队列

下面实现一个循环队列,如下:

class Queue {
    constructor(size) {
        this.size = size; // 长度需要限制, 来达到空间的利用, 代表空间的长度
        this.list = [];
        this.font = 0; // 指向首元素
        this.rear = 0;  // 指向准备插入元素的位置
    }
    enQueue() {
        if (this.isFull() == true) {
            return false
        }
        this.rear = this.rear % this.k;
        this._data[this.rear++] = value;
        return true
    }
    deQueue() {
        if(this.isEmpty()){
            return false;
        }
        this.font++;
        this.font = this.font % this.k;
        return true;
    }
    isEmpty() {
        return this.font == this.rear - 1;
    }
    isFull() {
        return this.rear % this.k == this.font;
    }
}

上述通过求余的形式代表首尾指针增1 时超出了所分配的队列空间

三、应用场景

借助栈的先进后出的特性,可以简单实现一个逆序数处的功能,首先把所有元素依次入栈,然后把所有元素出栈并输出

包括编译器的在对输入的语法进行分析的时候,例如"()""{}""[]"这些成对出现的符号,借助栈的特性,凡是遇到括号的前半部分,即把这个元素入栈,凡是遇到括号的后半部分就比对栈顶元素是否该元素相匹配,如果匹配,则前半部分出栈,否则就是匹配出错

包括函数调用和递归的时候,每调用一个函数,底层都会进行入栈操作,出栈则返回函数的返回值

生活中的例子,可以把乒乓球盒比喻成一个堆栈,球一个一个放进去(入栈),最先放进去的要等其后面的全部拿出来后才能出来(出栈),这种就是典型的先进后出模型

队列

当我们需要按照一定的顺序来处理数据,而该数据的数据量在不断地变化的时候,则需要队列来帮助解题

队列的使用广泛应用在广度优先搜索种,例如层次遍历一个二叉树的节点值(后续将到)

生活中的例子,排队买票,排在队头的永远先处理,后面的必须等到前面的全部处理完毕再进行处理,这也是典型的先进先出模型

参考文献

本文作者:毛超颖

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