队列与堆栈的数据结构

数据结构(堆与队列的线性结构与链式结构)

栈

• 特点
  • 先进后出(FILO)
  • 线性栈，限定仅在表尾(栈顶)进行插入和删除的线性表，栈满需要进行扩容操作
  • 链栈，栈顶一般放在单链表的头部，一般不需要设置头结点，添加到栈底的第一个元素指针域为null，之后每一个指针域都指向上一个添加的元素

队列

• 特点

  • 先进先出(FIFO,队尾入队头出)，只能在一端(tail，elements.length-1 处)进行插入元素，而在另一端(head，索引为0处)进行删除元素操作。(头尾相接的队列称为循环队列)
  • 队列满的条件是(tail+1)%QueueSize==head
  • 通用计算队列长度的公式(tail-head+QueueSize)%QueueSize

• 队列添加删除的细节

  • head 与 tail 是用来标记队列的指针。空队列时，两指针同时位于线性表索引为0处
  • 队列特点是(假设线性表索引是从左至右)，添加元素，元素从队列右侧进入，tail++，tail向右移1位；删除元素，元素从左侧取出，head++，head 向右移1位，索引为0处值为null。

线性 与 链式结构 比较

• 不同
  • 线性数据结构，初始化指定Capacity(容量) ，查找根据索引查找，时间复杂度为O(1);增删需要调整各元素的位置，时间复杂度为O(n)
  • 链式数据结构，增删元素时间复杂度为O(1);指定索引处增删时间复杂度为O(n)，因为需要进行遍利，同理查找元素的复杂度为O(n)，链式数据结构没有容量限制，但是内存是有限的

堆 与 队列 相互转换

• 原理：堆与队列是线性表与链表的不同逻辑结构实现，物理存储结构都是基于线性表或链表

• 结构转换

  • 堆栈的栈顶(即元素进出的位置)，可以当作队列的头部；堆栈的栈底，可以当作队列的尾部

• 转换源码细节(强烈推荐去查阅API)

  • 线性结构，参考Java的ArrayDeque 的增删操作
  • 链式结构，参考Java的LinkedList 的增删操作