戀上數據結構與算法：棧(九)

文章目錄

(一)棧（Stack）的簡介
(二)棧（Stack）的設計
(三)棧（Stack）的實現
(四)棧（Stack）的源碼
(五)應用舉例：瀏覽器的前進和後退
(六)練習：有效的括號01
(七)練習：有效的括號02
(八)練習：有效的括號03
(九)作業題

(一)棧（Stack）的簡介

(二)棧（Stack）的設計

注意：對於棧，我們需要頻繁的操作尾部元素，所以使用動態數組和鏈表（雙向鏈表）都可以，對尾部元素進行增刪操作的複雜度都是O(1)

(三)棧（Stack）的實現

• 第一種實現方法：繼承，如下：

  import com.zzq.list.ArrayList;
  
  public class Stack<E> extends ArrayList<E> {
  
      public void push(E element) {
          add(element);
      }
  
      public E pop() {
          return remove(size - 1);
      }
  
      public E top() {
          return get(size - 1);
      }
  
  }
  

  效果如下：
  
  繼承會導致Stack多了很多不需要的方法，我們一般不會直接繼承，會使用下面第二種方法

• 第二種方法：組合（讓ArrayList成爲Stack的一部分，或者說用Stack給ArrayList做一層封裝），如下：

  import com.zzq.list.ArrayList;
  import com.zzq.list.List;
  
  public class Stack<E> {
  
      private List<E> list = new ArrayList<>();
  
      public void clear() {
          list.clear();
      }
  
      public int size() {
          return list.size();
      }
  
      public boolean isEmpty() {
          return list.isEmpty();
      }
  
      public void push(E element) {
          list.add(element);
      }
  
  
      public E pop() {
          return list.remove(list.size() - 1);
      }
  
  
      public E top() {
          return list.get(list.size() - 1);
      }
  }
  

  效果也是一樣的，這裏不再展示了

(四)棧（Stack）的源碼

其實JDK官方也提供了一個Stack類，如下：

它繼承了Vector，是線程安全的

(五)應用舉例：瀏覽器的前進和後退

注意：對用戶可見的是棧頂，所以瀏覽器正在顯示的就是棧頂頁面

瀏覽器實現前進和後退功能需要用到兩個棧，流程如下：






注意：此時輸入新的網址，右邊的棧就要被清空（防止前進）

其實軟件的撤銷（Undo）和恢復（Redo）功能也是同樣的原理，如下：

(六)練習：有效的括號01

https://leetcode-cn.com/problems/valid-parentheses/

思路：我們最先拿到的{要與最後拿到的}做配對，很符合棧的先進後出

流程：

1. 比如字符串爲{([])}，遇到左字符就入棧
2. 假設左字符全部入棧後，棧爲{([（棧頂爲[）
3. 此時遇到右字符]就用棧頂跟它比較，比較完就出棧

具體說明如下：

(七)練習：有效的括號02

代碼實現如下：

    public boolean isValid(String s) {
        Stack<Character> stack = new Stack<>();
        int len = s.length();
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            char c = s.charAt(i);
            if (c == '(' || c == '{' || c == '[') { //左括號
                stack.push(c);
            } else { //右括號
                if (stack.isEmpty()) return false;//首先判斷棧是否爲空
                char left = stack.pop();//已經出棧了，只能判斷是否合法，不合法就返回false
                if (left == '(' && c != ')') return false;
                if (left == '{' && c != '}') return false;
                if (left == '[' && c != ']') return false;
            }
        }
        return stack.isEmpty();
    }

(八)練習：有效的括號03

上述的代碼還可以優化，如下：

    private static HashMap<Character, Character> map = new HashMap<>();

    static {
        // key(左括號) -> value(右括號)
        map.put('(', ')');
        map.put('{', '}');
        map.put('[', ']');
    }

    public boolean isValid(String s) {
        Stack<Character> stack = new Stack<>();
        int len = s.length();
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            char c = s.charAt(i);
            if (map.containsKey(c)) { //左括號
                stack.push(c);
            } else { //右括號
                if (stack.isEmpty()) return false;//首先判斷棧是否爲空
                if (c != map.get(stack.pop())) return false;
            }
        }
        return stack.isEmpty();
    }

(九)作業題

856. 括號的分數：https://leetcode-cn.com/problems/score-of-parentheses/
150. 逆波蘭表達式求值：https://leetcode-cn.com/problems/evaluate-reverse-polish-notation/
瞭解：前綴表達式、中綴表達式和後綴表達式
224. 基本計算器：https://leetcode-cn.com/problems/basic-calculator/