数据结构之堆栈

馋奶兔 提交于 2020-03-29 19:04:33

      谈起堆栈,我想起兄弟。中国的汉语真是有意思,兄弟说的是弟,同理,堆栈,强调的是。栈是一种受限的线性表。我把数据结构的知识回顾下。数据结构是数据之间的关系。关系是普遍存在的。是不是有点哲学的味道。那么数据到底都有些什么关系呢?我们去银行办理业务,去坐车都需要排队,新生入学站成一排军训,如果我们把人看作数据,那么此时的人和人的位置关系,便是线性的。除了线性结构,还有什么结构呢?四世同堂的老人,他们一家人的血缘关系,如同一棵树。这便是树型结构。还有一种网状的结构,称为,如城市的交通网。字典属于什么数据结构?它不是树,不是图,那它属于线性结构吗?字典显然是个集合,如果字典的key是线性关系,例如从1开始的编号,或者是a-z的字母,那么它能称得上线性关系吗?线性表是一种有限序列的集合。它是有顺序的。字典的数据项完全没有任何逻辑,它只与key有关系。

     说了这么多,总结一下:数据之间的关系分为两种,逻辑关系和非逻辑关系如图所示:

    

      今天我要说的栈是一种物理结构,它存储了一组线性元素,这组元素在操作上有后进先出的特性。因此可以看出,数据结构不仅研究数据之间的关系,以及存储,而且包括数据的操作。结构决定功能,正是有了栈这样的存储结构,因此,元素的操作上才有自己的特性。

      接下来,我们看一个栈具体应用的例子:有一组有序数字,需要把相邻的数字序列取出来放在一起,零散的数字单独存放。例如有一组数字1,2,3,5,7,9,10,11,分组后的结果:(1,2,3),(5),(7),(9,10,11)。用程序如何实现呢?且看一般的实现方法,如下所示:

     

 1             List<List<Int32>> sections = new List<List<int>>();
 2             sections.Add(new List<Int32>());
 3             //序号分组
 4             for (int i = 0; i < numbers.Count; i++)
 5             {
 6                 if (!((numbers[i + 1] - numbers[i]) == 1))
 7                 {
 8                     sections[sections.Count - 1].Add(numbers[i]);
 9                     sections.Add(new List<Int32>());
10                     if (i + 1 == numbers.Count - 1)
11                     {
12                         sections[sections.Count - 1].Add(numbers[i + 1]);
13                         break;
14                     }
15                     continue;
16                 }
17 
18                 sections[sections.Count - 1].Add(numbers[i]);
19                 if (i + 1 == numbers.Count - 1)
20                 {
21                     sections[sections.Count - 1].Add(numbers[i + 1]);
22                     break;
23                 }
24             }

我们看看前辈写的这段代码,List嵌套,短短的程序,到处continue和break,这些都导致程序的可读性变差。

且看我的实现:

 1             List<Stack<int>> list = new List<Stack<int>>();
 2             Stack<int> q = new Stack<int>();
 3             list.Add(q);
 4 
 5             foreach (var n in numbers)
 6             {
 7                 if (q.Count == 0)
 8                 {
 9                     //栈为空时,直接放进去
10                     q.Push(n);
11                 }
12                 else
13                 {
14                     //如果当前数字和栈中的数字没有关系时,新创建一个栈,否则直接放到栈中。
15                     if (n - 1 != list[list.Count - 1].Peek())
16                     {
17                         var q1 = new Stack<int>();
18                         q1.Push(n);
19                         list.Add(q1);
20                     }
21                     else
22                     {
23                         list[list.Count - 1].Push(n);
24                     }
25                 } 
26             }

     前辈的实现思路,是当前数字与下一个数字比较,看是否连续,我的实现思路,是当前数字与上一个数字比较。前辈的代码中,两次判断是否元素遍历到最后一个。我的只判断第一个栈是否有数据。如果集合的数量比较大,我可以更改我的代码如下:

 1             List<Stack<int>> list = new List<Stack<int>>();
 2             Stack<int> q = new Stack<int>();
 3             list.Add(q);
 4             if (numbers.Count > 0)
 5             {
 6                 q.Push(numbers[0]);
 7             }
 8 
 9             for (int i = 1; i < numbers.Count; i++)
10             {
11                 //如果当前数字和栈中的数字没有关系时,新创建一个栈,否则直接放到栈中。
12                 if (numbers[i] - 1 != list[list.Count - 1].Peek())
13                 {
14                     var q1 = new Stack<int>();
15                     q1.Push(numbers[i]);
16                     list.Add(q1);
17                 }
18                 else
19                 {
20                     list[list.Count - 1].Push(numbers[i]);
21                 }
22             }

此时,前辈和我的程序运行结果如图:

                       

 

      你或许对这两幅图,觉得不就一样嘛,一个是是躺着的,一个是站起来的。但是,别忘了,我的结果图是可以想象成家里的桶,每个桶里装的是连续的数字。那你或许会说,前辈的结果图可以想象为抽屉,每个抽屉装的是连续的数字。好了,说到这儿,还真的没法区分孰优孰劣。那么我们看看,分组后这些数字的应用,先看前辈的:

 1             //序号拼接
 2             for (int i = 0; i < sections.Count; i++)
 3             {
 4                 String seq = "";
 5 
 6                 if (sections[i].Count >= intextCodeOrder.CitationNumber)
 7                     seq = "-";
 8                 else if (sections[i].Count > 1)
 9                 {
10                     seq = ",";
11                 }
12                 else
13                 {
14                     if (!sbNumber.ToString().Contains(sections[i][0].ToString()))
15                         sbNumber.AppendFormat("{0},", sections[i][0]);
16                     continue;
17                 }
18                 sbNumber.AppendFormat("{0}{1}{2},", sections[i][0], seq, sections[i][sections[i].Count - 1]);
19             }

解释下这段代码:如果连续的数字个数超过了某个值,用 “-” 号连接起来,否则的话用 “,”号连接。

再看看我的代码:

   

 1             foreach (var stack in list)
 2             {
 3                 if (stack.Count == 1)
 4                 {
 5                     sbNumber.AppendFormat("{0},", Mapping(stack.Pop()));
 6                 }
 7                 else
 8                 {
 9                     if (stack.Count >= intextCodeOrder.CitationNumber)
10                         join = "-";
11                     else if (stack.Count > 1)
12                     {
13                         join = ",";
14                     }
15                     int lastNumber = stack.Pop();
16                     int firstNumber = 0;
17 
18                     //根据栈先进后出的特性,取得第一个进栈的数字
19                     while (stack.Count > 0)
20                     {
21                         firstNumber = stack.Pop();
22                     }
23                     sbNumber.AppendFormat("{0}{1}{2},", Mapping(firstNumber), join, Mapping(lastNumber));
24                 }
25             }

      看到这里,发现我写的这段代码,有个小瑕疵,在找第一个进栈的数字,需要循环出栈。这个在数据量少的情况下,不影响系统性能,在数据量大的情况下,就该考虑其它的存储结构了。本例子中,采用栈的优点是可读性强,分组的时候,程序可以写得简短明了。而且还避免了集合的索引带来的问题,经常要判断,以免出界。

      当然栈的应用是十分广泛的,我只是列举了一个列子罢了。在程序的递归调用上使用了栈,在浏览器以及ps的历史记录中发挥着作用。

 

      

 

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