三、資料結構演算法-棧、佇列、優先佇列、雙端佇列

bigroc發表於2020-12-30
資料結構演算法佇列

一、Stack （棧）

1、資料結構

　　Stack是棧。它的特性是：先進後出(FILO, First In Last Out) 後進先出（Last in - First out）。java工具包中的Stack是繼承於Vector(向量佇列)的，由於Vector是通過陣列實現的，這就意味著，Stack也是通過陣列實現的，而非連結串列。當然，我們也可以將LinkedList當作棧來使用。

2、Stack的繼承關係

3、時間複雜度

操作 時間複雜度
lookup O(n)
insert O(1)
delete O(1)

4、原始碼實現

Stack 繼承自 Vector 底層為動態陣列實現

   /**
     * 向棧頂新增元素
     * Pushes an item onto the top of this stack. This has exactly
     * the same effect as:
     * <blockquote><pre>
     * addElement(item)</pre></blockquote>
     *
     * @param   item   the item to be pushed onto this stack.
     * @return  the <code>item</code> argument.
     * @see     java.util.Vector#addElement
     */
    public E push(E item) {
        addElement(item); // Vector 中的新增方法

        return item;
    }

   /**
     * Removes the object at the top of this stack and returns that
     * object as the value of this function.
     * 檢視棧頂元素並刪除
     * @return  The object at the top of this stack (the last item
     *          of the <tt>Vector</tt> object).
     * @throws  EmptyStackException  if this stack is empty.
     */
    public synchronized E pop() {
        E       obj;
        int     len = size();

        obj = peek();
        removeElementAt(len - 1); // Vector 中的按照下標移除元素的方法

        return obj;
    }
    /**
     * Looks at the object at the top of this stack without removing it
     * from the stack.
     * 檢視棧頂元素但不刪除
     * @return  the object at the top of this stack (the last item
     *          of the <tt>Vector</tt> object).
     * @throws  EmptyStackException  if this stack is empty.
     */
    public synchronized E peek() {
        int len = size();
        if (len == 0)
            throw new EmptyStackException();
        return elementAt(len - 1);
    }
    // 棧是否為空
    public boolean empty() {
        return size() == 0;
    }

    // 查詢“元素o”在棧中的位置：由棧底向棧頂方向數
    public synchronized int search(Object o) {
        // 獲取元素索引，elementAt()具體實現在Vector.java中
        int i = lastIndexOf(o);
        if (i >= 0) {
            return size() - i;
        }
        return -1;
    }

Java 的 Stack 原始碼

二、Queue （佇列）

1、資料結構

First in - First out（先進先出 FIFO）

2、時間複雜度

操作 時間複雜度
lookup O(n)
insert O(1)
delete O(1)

3、原始碼實現

//介面Queue：
public interface Queue<E> extends Collection<E> {
    //將指定元素插入到佇列的尾部（佇列滿了話，會丟擲異常）
    boolean add(E e);

    //將指定元素插入此佇列的尾部(佇列滿了話，會返回false)
    boolean offer(E e);

    /返回取佇列頭部的元素，並刪除該元素(如果佇列為空，則丟擲異常)
    E remove();

    //返回佇列頭部的元素，並刪除該元素(如果佇列為空，則返回null)
    E poll();

    //返回佇列頭部的元素,不刪除該元素(如果佇列為空，則丟擲異常)
    E element();

    //返回佇列頭部的元素，不刪除該元素(如果佇列為空，則返回null)
    E peek();
}

Java 的 Queue 原始碼

三、Deque (Double-Ended Queue 雙端佇列)

1、資料結構

線性集合，支援兩端插入和移除元素。名稱deque是“雙端佇列（double ended queue）”的縮寫。
也可以理解為 Queue 與 Stack 的結合體，可以從頭部 Push 或者 Pop 元素，也可以在尾部 Push 或者 Pop 元素，兩端可以進出的佇列

2、Deque 的繼承關係

Deque 的繼承關係

3、方法摘要

First Element (Head) Last Element (Tail)
Throws exception Special value Throws exception Special value
Insert（插入操作） addFirst(e) offerFirst(e) addLast(e) offerLast(e)
Remove（移除操作） removeFirst() pollFirst() removeLast() pollLast()
Examine（檢索操作） getFirst() peekFirst() getLast() peekLast()

4、時間複雜度

操作 時間複雜度
lookup O(n)
insert O(1)
delete O(1)

5、原始碼實現

Java 的 Deque 原始碼

四、Priority Queue (優先佇列)?️

1、資料結構

底層具體實現的資料結構較為多樣和複雜可以使用 heap、bst(binary search tree)、treap

2、時間複雜度

操作 時間複雜度
插入 O(1)
取出 O(logN)

3、原始碼實現 & 文件

它的使用與佇列幾乎沒有區別，只不過我們在取元素的時候需要注意都是取優先順序最高的，優先順序怎麼定義？我們只需要將元素取實現 comparator （比較器）就可以由大到小或由小到大 再或者 自己定義某個欄位優先等等。

Java 的 PriorityQueue 文件
Java 的 PriorityQueue 原始碼

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