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一、栈Stack

1.1 概念

一种特殊的线性表，只允许在固定的一段进行插入和删除元素操作。进行数据的插入和删除操作的一段称为栈顶，另一端称为栈低。栈中的元素遵循后进先出 LIFO(Last In First Out)的原则。

举例：在word中，如果要想进行添加、删除。修改相关信息，则当用户选择撤销时，程序将会返回上一个操作状态。

1.2 栈的使用

栈的方法及其功能

方法	功能
Stack()	构造一个空栈
E push(E e)	将e入栈，并返回e
E pop()	将栈顶元素出栈并返回
E peek()	获取栈顶元素
int size()	获取栈中有效元素个数
boolean empty()	检测栈是否为空

public static void main(String[] args) {Stack<Integer> s = new Stack();s.push(1);s.push(2);s.push(3);s.push(4);System.out.println(s.size()); // 获取栈中有效元素个数---> 4System.out.println(s.peek()); // 获取栈顶元素---> 4s.pop(); // 4出栈，栈中剩余1 2 3，栈顶元素为3System.out.println(s.pop()); // 3出栈，栈中剩余1 2 栈顶元素为3if(s.empty()){System.out.println("栈空");}else{System.out.println(s.size());}
}

1.3 模拟实现栈

Stack继承了Vector，Vector和ArrayList类似，都是动态的顺序表，不同的是Vector是线程安全的.

public class MyStack {public int[] elem;public int usedSize;public MyStack() {this.elem = new int[10];}public void push(int val) {if(isFull()) {this.elem = Arrays.copyOf(elem,2*elem.length);}elem[usedSize++] = val;}private boolean isFull() {return usedSize == elem.length;}public int pop() {if(isEmpty()) {throw new EmptyStackException("pop()空栈异常");}int val = elem[usedSize - 1];usedSize--;return val;}public int peek() {if(isEmpty()) {throw new EmptyStackException("peek()空栈异常");}return elem[usedSize - 1];}private boolean isEmpty() {return usedSize == 0;}
}

1.4 栈的应用场景

1. 改变元素的序列

 若进栈序列为 1,2,3,4 ，进栈过程中可以出栈，则下列不可能的一个出栈序列是（）

A: 1,4,3,2     B: 2,3,4,1     C: 3,1,4,2     D: 3,4,2,1

解析：错误出栈序列的解析如下，正确出栈序列解析同下

2.一个栈的初始状态为空。现将元素1、2、3、4、5、A、B、C、D、E依次入栈，然后再依次出栈，则元素出栈的顺序是（ ）。

A: 12345ABCDE     B: EDCBA54321      C: ABCDE12345      D: 54321EDCBA

解析：根据栈中元素遵循先进后出的原则，得出栈顺序为EDCBA54321

2. 将递归转化为循环链表

// 递归方式
void printList(Node head){if(null != head){printList(head.next);System.out.print(head.val + " ");}
}
// 循环方式
void printList(Node head){if(null == head){return;}Stack<Node> s = new Stack<>();// 将链表中的结点保存在栈中Node cur = head;while(null != cur){s.push(cur);cur = cur.next;}// 将栈中的元素出栈while(!s.empty()){System.out.print(s.pop().val + " ");}
}

3. 括号匹配

首先，判断获取的字符是否是左括号，如果是则插入到栈中；如果栈为空则返回false；如果前两种情况都不是，则此时为右括号，然后判断栈顶元素和当前字符进行匹配，若满足条件则删除栈顶元素，否则返回false。最后当字符串遍历完后，如果栈中还有元素，则此时左括号多，返回false。如果栈为空，则返回true。

class Solution {public boolean isValid(String s) {//创建一个空栈Stack<Character> stack = new Stack<>();for(int i = 0;i < s.length();i++) {//遍历字符串获取字符char ch = s.charAt(i);//如果ch为左括号，则放入栈中if(ch == '(' || ch == '[' || ch == '{' ) {stack.push(ch);}else {//此时ch为右括号//情况1：栈中没有左括号进行匹配，右括号多if(stack.isEmpty()){return false;}//情况2：栈中右左括号，需判断栈顶ch2（右括号）是否和ch（右括号）匹配char ch2 = stack.peek();if( ch2 == '(' && ch == ')' || ch2 == '[' && ch == ']' || ch2 == '{' && ch == '}' ) {stack.pop();}else {//此时，栈不为空，但括号不匹配return false;}}}//字符串已经遍历完了，若栈不为空，则左括号多if(!stack.isEmpty()) {return false;}return true;}
}

4. 逆波兰表达式

class Solution {public int evalRPN(String[] tokens) {Stack<Integer> stack = new Stack<>();for(String str : tokens) {if(isNumber(str)) {int x = Integer.parseInt(str);stack.push(x);}else {int val2 = stack.pop();int val1 = stack.pop();switch (str) {case "+":stack.push(val1 + val2);break;case "-":stack.push(val1 - val2);break;case "*":stack.push(val1 * val2);break;case "/":stack.push(val1 / val2);break;}}}return stack.pop();}private boolean isNumber(String str) {return !(str.equals("+")|| str.equals("-" )|| str.equals("*")|| str.equals("/"));}
}

5. 出栈入栈次序匹配

解析：遍历pushV数组，每次入栈一个元素后，将栈顶元素与popV中下标为j所对应的元素进行比较，如果一样，则可以出栈；不一样，i++。在遍历时，可能会出现多个相同，所以需用到循环

public class Solution {/*** 代码中的类名、方法名、参数名已经指定，请勿修改，直接返回方法规定的值即可** * @param pushV int整型一维数组 * @param popV int整型一维数组 * @return bool布尔型*/public boolean IsPopOrder (int[] pushV, int[] popV) {// write code hereStack<Integer> stack = new Stack<>();int j = 0;for(int i = 0;i < pushV.length;i++) {stack.push(pushV[i]);while(!stack.empty() && j < popV.length && stack.peek() == popV[j]) {stack.pop();j++;}}return stack.empty();}
}

6.最小栈

class MinStack {public Stack<Integer> stack;public Stack<Integer> minStack;public MinStack() {stack = new Stack<>();minStack = new Stack<>();}public void push(int val) {stack.push(val);if(minStack.isEmpty() || val <= minStack.peek()) {minStack.push(val);}else {return;}}public void pop() {if(minStack.isEmpty()) {return;}int popVal = stack.pop();if(popVal == minStack.peek()) {minStack.pop();}}public int top() {if(minStack.isEmpty()) {return -1;}return stack.peek();}public int getMin() {if(minStack.isEmpty()) {return -1;}return minStack.peek();}
}