Go語言實現棧與佇列基本操作學家

2022-11-13 14:00:55

一、前言

go語言中，並沒有棧與佇列相關的資料結構，但是我們可以藉助切片來實現棧與佇列的操作；接下來我們一起實現棧與佇列基本操作，並且還會實現用棧實現佇列，用佇列實現棧的操作。

二、實現棧與佇列基本操作

2.1 棧基本操作

go語言實現棧和佇列主要用到append 和切片(用內建陣列型別進行操作)

//建立棧
stack := make([]int, 0)
//push壓入棧
stack = append(stack, 10)
//pop彈出
v := stack[len(stack)-1]
stack = stack[:len(stack)-1]
//檢查棧空
len(stack) == 0

2.2 佇列基本操作

//建立佇列
queue := make([]int, 0)
//enqueue入隊
queue = append(queue, 10)
//dequeue出隊
v := queue[0]
queue = queue[1:]
//檢查佇列為空
len(queue) == 0

三、用棧實現佇列

3.1 理論

使用棧來模式佇列的行為，如果僅僅用一個棧，是一定不行的，所以需要兩個棧一個輸入棧，一個輸出棧，這裡要注意輸入棧和輸出棧的關係。

下面動畫模擬以下佇列的執行過程如下：

執行語句：

queue.push(1);
queue.push(2);
queue.pop(); 注意此時的輸出棧的操作
queue.push(3);
queue.push(4);
queue.pop();
queue.pop();注意此時的輸出棧的操作
queue.pop();
queue.empty();

在push資料的時候，只要資料放進輸入棧就好，但在pop的時候，操作就複雜一些，輸出棧如果為空，就把進棧資料全部匯入進來（注意是全部匯入），再從出棧彈出資料，如果輸出棧不為空，則直接從出棧彈出資料就可以了。

最後如何判斷佇列為空呢？如果進棧和出棧都為空的話，說明模擬的佇列為空了。

3.2 演演算法題

接下來看一下LeetCode原題

請你僅使用兩個棧實現先入先出佇列。佇列應當支援一般佇列支援的所有操作（push、pop、peek、empty）：

實現 MyQueue 類：

void push(int x) 將元素 x 推到佇列的末尾 int pop() 從佇列的開頭移除並返回元素 int peek() 返回佇列開頭的元素 boolean empty() 如果佇列為空，返回 true ；否則，返回 false 說明：

你只能使用標準的棧操作 —— 也就是隻有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。你所使用的語言也許不支援棧。你可以使用 list 或者 deque（雙端佇列）來模擬一個棧，只要是標準的棧操作即可。

3.3 思路

解決這個問題，需要一個輸出棧和輸入棧

先將資料放到輸入棧，再把資料從輸入棧放到輸出棧，此時輸出棧輸出資料的順序就和佇列一樣了，先入先出

3.4 程式碼部分

type MyQueue struct {
	stackIn  []int // 用來儲存Push資料
	stackOut []int // 用來儲存Pop資料
}

// 棧構造器
func Constructor() MyQueue {
	return MyQueue{
		stackIn:  make([]int, 0),
		stackOut: make([]int, 0),
	}
}

func (this *MyQueue) Push(x int) {
	// 判斷stackOut中是否有元素，有的話全部放到stackIn
	for len(this.stackOut) != 0 {
		val := this.stackOut[len(this.stackOut)-1]
		this.stackOut = this.stackOut[:len(this.stackOut)-1]
		this.stackIn = append(this.stackIn, val)
	}
	// 將資料加進stackIn
	this.stackIn = append(this.stackIn, x)
}

func (this *MyQueue) Pop() int {
	// 判斷stackIn中是否有元素，有的話全部放到stackOut
	for len(this.stackIn) != 0 {
		val := this.stackIn[len(this.stackIn)-1]
		this.stackIn = this.stackIn[:len(this.stackIn)-1]
		this.stackOut = append(this.stackOut, val)
	}
	// stackOut為零，說明沒有元素，return 0
	if len(this.stackOut) == 0 {
		return 0
	}
	// stackOut Pop 元素
	res := this.stackOut[len(this.stackOut)-1]
	this.stackOut = this.stackOut[:len(this.stackOut)-1]
	return res
}

func (this *MyQueue) Peek() int {
	// 呼叫Pop()方法
	val := this.Pop()
	// val為零，說明沒有元素，return 0
	if val == 0 {
		return 0
	}
	// Pop()方法刪除了val，這裡加上
	this.stackOut = append(this.stackOut, val)
	return val
}

func (this *MyQueue) Empty() bool {
	// 兩個棧都為空，說明為空，否則不為空
	return len(this.stackOut) == 0 && len(this.stackIn) == 0
}

程式碼可以直接拿到力扣上執行。我已經將細節全部用註釋解釋了，如果不懂可以私信博主。

四、用佇列實現棧

4.1 理論

佇列模擬棧，其實一個佇列就夠了，那麼我們先說一說兩個佇列來實現棧的思路。

佇列是先進先出的規則，把一個佇列中的資料匯入另一個佇列中，資料的順序並沒有變，並沒有變成先進後出的順序。

所以用棧實現佇列，和用佇列實現棧的思路還是不一樣的，這取決於這兩個資料結構的性質。

但是依然還是要用兩個佇列來模擬棧，只不過沒有輸入和輸出的關係，而是另一個佇列完全用又來備份的！

如下面動畫所示，用兩個佇列que1和que2實現佇列的功能，que2其實完全就是一個備份的作用，把que1最後面的元素以外的元素都備份到que2，然後彈出最後面的元素，再把其他元素從que2導回que1。

模擬的佇列執行語句如下：

queue.push(1);        
queue.push(2);        
queue.pop();   // 注意彈出的操作       
queue.push(3);        
queue.push(4);       
queue.pop();  // 注意彈出的操作    
queue.pop();    
queue.pop();    
queue.empty();

4.2 演演算法題

接下來看一下LeetCode原題

請你僅使用兩個佇列實現一個後入先出（LIFO）的棧，並支援普通棧的全部四種操作（push、top、pop 和 empty）。

實現 MyStack 類：

void push(int x) 將元素 x 壓入棧頂。 int pop() 移除並返回棧頂元素。 int top() 返回棧頂元素。 boolean empty() 如果棧是空的，返回 true ；否則，返回 false 。

注意：

你只能使用佇列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 這些操作。你所使用的語言也許不支援佇列。你可以使用 list （列表）或者 deque（雙端佇列）來模擬一個佇列 , 只要是標準的佇列操作即可。

4.3 思路

用兩個佇列que1和que2實現佇列的功能，que2其實完全就是一個備份的作用，把que1最後面的元素以外的元素都備份到que2，然後彈出最後面的元素，再把其他元素從que2導回que1。

4.4 使用兩個佇列實現

type MyStack struct {
    //建立兩個佇列
    queue1 []int
    queue2 []int
}


func Constructor() MyStack {
    return MyStack{	//初始化
        queue1:make([]int,0),
        queue2:make([]int,0),
    }
}


func (this *MyStack) Push(x int)  {
     //先將資料存在queue2中
    this.queue2 = append(this.queue2,x)	
   //將queue1中所有元素移到queue2中，再將兩個佇列進行交換
    this.Move() 
}


func (this *MyStack) Move(){    
    if len(this.queue1) == 0{
        //交換，queue1置為queue2,queue2置為空
        this.queue1,this.queue2 = this.queue2,this.queue1
    }else{
        //queue1元素從頭開始一個一個追加到queue2中
            this.queue2 = append(this.queue2,this.queue1[0])  
            this.queue1 = this.queue1[1:]	//去除第一個元素
            this.Move()     //重複
    }
}

func (this *MyStack) Pop() int {
    val := this.queue1[0]
    this.queue1 = this.queue1[1:]	//去除第一個元素
    return val

}


func (this *MyStack) Top() int {
    return this.queue1[0]	//直接返回
}


func (this *MyStack) Empty() bool {
return len(this.queue1) == 0
}

4.5 優化

其實這道題目就是用一個佇列就夠了。

一個佇列在模擬棧彈出元素的時候只要將佇列頭部的元素（除了最後一個元素外）重新新增到佇列尾部，此時在去彈出元素就是棧的順序了。

4.6 使用一個佇列實現

type MyStack struct {
    queue []int//建立一個佇列
}


/** Initialize your data structure here. */
func Constructor() MyStack {
    return MyStack{   //初始化
        queue:make([]int,0),
    }
}


/** Push element x onto stack. */
func (this *MyStack) Push(x int)  {
    //新增元素
    this.queue=append(this.queue,x)
}


/** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
func (this *MyStack) Pop() int {
    n:=len(this.queue)-1//判斷長度
    for n!=0{ //除了最後一個，其餘的都重新新增到佇列裡
        val:=this.queue[0]
        this.queue=this.queue[1:]
        this.queue=append(this.queue,val)
        n--
    }
    //彈出元素
    val:=this.queue[0]
    this.queue=this.queue[1:]
    return val
    
}


/** Get the top element. */
func (this *MyStack) Top() int {
    //利用Pop函數，彈出來的元素重新新增
    val:=this.Pop()
    this.queue=append(this.queue,val)
    return val
}


/** Returns whether the stack is empty. */
func (this *MyStack) Empty() bool {
    return len(this.queue)==0
}

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