栈和队列的面试题Java实现【重要】

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：