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🍟吃货也能懂的栈和队列:从薯片桶到排队买奶茶
2025-04-12
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🌟 引言:当数据结构遇上吃货#

想象一下,你有一桶薯片(栈),每次只能从顶部拿一片,最后放进去的薯片总是最先被吃掉(LIFO)。又或者你在奶茶店排队(队列),先来的人先点单,后来的人只能乖乖排后面(FIFO)。这就是栈和队列的日常!今天,我们就用吃货的视角,啃下这两个数据结构!

流程图: 在这里插入图片描述


🥞 栈(Stack):后进先出的薯片桶#

🧐 栈是啥?#

  • 官方定义:只允许在栈顶操作(插入=压栈,删除=出栈)的线性表,遵循LIFO(Last In First Out)。
  • 压栈:栈的插⼊操作叫做进栈/压栈/⼊栈,⼊数据在栈顶。
  • 出栈:栈的删除操作叫做出栈。出数据在栈顶。
  • 吃货理解:一桶薯片,你只能从顶部拿,最后放进去的薯片最先被吃掉!

图例1: 图片源自51CTO 图例2:在这里插入图片描述

📚 栈的操作(Java版)#

在这里插入图片描述

Stack<Integer> stack = new Stack<>();
stack.push(1); // 压栈:放入一片薯片
stack.peek(); // 瞅一眼栈顶的薯片(但忍住不吃)
stack.pop(); // 出栈:终于吃掉栈顶的薯片!
stack.size(); // 看看桶里还剩几片

🛠️ 栈的模拟实现:手搓一个薯片桶#

public class MyStack {
int[] array = new int[3]; // 初始容量3,不够吃了就扩容!
int size = 0;
// 压栈:薯片塞进桶
public int push(int e) {
ensureCapacity(); // 桶满了?换个大桶!
array[size++] = e;
return e;
}
// 出栈:吃掉最上面的薯片
public int pop() {
int e = peek(); // 看一眼栈顶
size--; // 薯片-1
return e;
}
// 偷偷瞅一眼栈顶
public int peek() {
if (empty()) throw new RuntimeException("桶空了,别看了!");
return array[size - 1]; // 注意是size-1,不是size=1(老板扣鸡腿!)
}
// 扩容:吃货的终极奥义
private void ensureCapacity() {
if (size == array.length) {
array = Arrays.copyOf(array, size * 2); // 容量翻倍,继续囤货!
}
}
}

💡 栈的应用:薯片桶能干啥?#

  1. 反转序列

    • 题目:进栈顺序1,2,3,4,哪个出栈顺序不可能?
    • 答案:C(3,1,4,2)。因为3出栈后,1不可能在栈顶,早被压在下面了!
  2. 逆序打印链表

    // 递归:系统栈帮你倒着吃薯片
    void printList(Node head) {
    if (head != null) {
    printList(head.next);
    System.out.print(head.val + " ");
    }
    }
    // 循环:手动用栈模拟
    Stack<Node> stack = new Stack<>();
    while (head != null) {
    stack.push(head);
    head = head.next;
    }
    while (!stack.empty()) {
    System.out.print(stack.pop().val + " ");
    }

🧋 队列(Queue):排队买奶茶的哲学#

🧐 队列是啥?#

  • 官方定义:一端入队(队尾),另一端出队(队头),遵循FIFO(First In First Out)。
  • 奶茶理解:先来的人先点单,后来的人别插队!

📚 队列的操作(Java版)#

在这里插入图片描述

Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(1); // 排队:队尾加入
queue.poll(); // 出队:队头的人拿到奶茶了!
queue.peek(); // 偷看队头是谁

🛠️ 队列的模拟实现:手搓奶茶排队系统#

流程示意图 在这里插入图片描述

public class MyQueue {
static class ListNode {
int value;
ListNode next;
ListNode prev;
ListNode(int value) { this.value = value; }
}
ListNode first; // 队头:马上要点单的人
ListNode last; // 队尾:刚来排队的萌新
int size = 0;
// 入队:萌新乖乖排到队尾
public void offer(int e) {
ListNode newNode = new ListNode(e);
if (first == null) {
first = last = newNode; // 队列为空,你就是第一个!
} else {
last.next = newNode; // 原队尾指向新节点
newNode.prev = last; // 新节点指回原队尾
last = newNode; // 更新队尾
}
size++;
}
// 出队:队头的人拿到奶茶离开
public int poll() {
if (first == null) throw new RuntimeException("队都空了,别取了!");
int value = first.value;
if (first == last) {
first = last = null; // 队列只剩一人,清空
} else {
first = first.next; // 队头后移
first.prev = null; // 断开头节点的前驱
}
size--;
return value;
}
}

🔄 循环队列:奶茶店的环形吧台#

在这里插入图片描述

  • 问题:普通数组实现的队列会“假溢出”,环形队列让队尾和队头循环连接!
  • 判断满/空
    • 方法1:用size属性记录元素个数。
    • 方法2:保留一个空位,rear的下一个位置是front时视为满。
    • 方法3:用标记isFull区分。
// 入队操作(保留一个空位法)
public boolean enQueue(int value) {
if ((rear + 1) % capacity == front) return false; // 队满
array[rear] = value;
rear = (rear + 1) % capacity;
return true;
}

🎮 双端队列(Deque):能插队也能反悔的神器#

在这里插入图片描述

  • 定义:两头都能入队和出队,既是栈又是队列!
  • 使用场景:实现高效的回文检查、滑动窗口等。
  • Java实现
    Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>(); // 当栈用
    Deque<Integer> queue = new LinkedList<>(); // 当队列用
    Deque是⼀个接⼝,使⽤时必须创建LinkedList的对象。 在实际⼯程中,使⽤Deque接⼝是⽐较多的,栈和队列均可以使⽤该接⼝。

💼 面试经典题#

  1. 用队列实现栈LeetCode 225

    • 核心:让队列的队尾成为栈顶,每次入栈后反转队列前n-1个元素。
  2. 用栈实现队列LeetCode 232

    • 核心:用两个栈,一个负责入队,一个负责出队。

🌈 结语:数据结构与生活的奇妙共鸣#

无论是叠盘子(栈)还是排奶茶(队列),数据结构无处不在。下次吃薯片时,不妨想想栈的操作;排队时,回忆队列的哲学。技术源于生活,吃货也能成为算法大师!🍟🚀

🍟吃货也能懂的栈和队列:从薯片桶到排队买奶茶
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作者
Overthinker
发布于
2025-04-12
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0
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