Java实现的数组与链表堆栈ADT教程

资源摘要信息: "本资源是为UG409765软件构建课程的学生准备的，旨在介绍和实现一个通用的堆栈抽象数据类型（ADT），并提供基于数组和链接两种不同的实现方法。堆栈是一种后进先出（LIFO, Last In First Out）的数据结构，常用于算法和程序设计中处理元素的存储和检索。本资源通过Java编程语言详细解释了堆栈的核心概念、操作以及如何在不同场景下应用堆栈结构。" 堆栈的定义与特点： 堆栈是一种受限的数据结构，它允许在特定的一端（称为堆栈顶）进行添加（压入push）或移除（弹出pop）元素的操作。这种数据结构的特点包括： 1. 后进先出（LIFO）：最后添加到堆栈中的元素将是最先被移除的。 2. 无序性：堆栈中的元素并不需要保持任何特定的顺序。 3. 限制性访问：只能在一端进行元素的访问操作，这端通常被称为栈顶。 堆栈的常见操作包括： - push：向堆栈中添加一个新元素。 - pop：从堆栈中移除一个元素。 - peek/top：查看栈顶元素而不移除它。 - isEmpty：检查堆栈是否为空。 - size：返回堆栈中的元素个数。 基于数组的堆栈实现： 基于数组的堆栈实现使用数组来存储堆栈中的元素。数组可以是静态的，也可以是动态的（例如使用ArrayList或Vector等可动态调整大小的数组结构）。基于数组的实现中，需要维护一个变量来表示堆栈顶的位置，通常称为top。每次进行push操作时，top增加；进行pop操作时，top减少。数组实现的优点是存取速度快，因为数组元素是连续存储的，可以利用CPU缓存行，使得访问元素的速度非常快。然而，它的缺点是堆栈的大小受限于数组的初始容量，虽然可以使用动态数组来优化这一问题，但仍然存在空间浪费的情况。 基于链接的堆栈实现： 基于链接的堆栈实现则是通过链表来存储堆栈元素。每个元素都是一个节点，每个节点都包含一个数据部分和一个指针，指针指向下一个节点。与数组实现不同，基于链接的实现不需要维护一个固定大小的存储空间，堆栈的大小仅受限于可用内存。这种实现方式的空间利用率较高，因为每个节点仅在需要时被创建。但是，由于节点之间的链接不连续，访问节点的时间复杂度为O(n)，相对于数组实现的O(1)存取效率较低。 堆栈的实现与应用： 堆栈在计算机科学和软件开发中有广泛的应用。例如，它可以在递归算法中用于存储返回地址或参数，用于实现算法中的回溯功能，如图的深度优先搜索（DFS）。在编程语言中，调用栈（call stack）就是一个典型的应用，它管理函数调用以及它们的局部变量。此外，堆栈也常用于表达式求值（如逆波兰表示法）和括号匹配检查等。 Java中的堆栈实现： 在Java中，可以使用java.util.Stack类或java.util.Deque接口来实现堆栈的功能。java.util.Stack类继承自Vector类，因此是一个线程安全的堆栈实现，但建议优先使用Deque接口，因为它提供了更灵活的双向队列操作。Deque接口的实现类如ArrayDeque或LinkedList都支持作为堆栈来使用。 对于UG409765软件构建课程的学生来说，理解堆栈的原理和实现方式是必要的，这有助于学生深入学习数据结构和算法，为将来解决更复杂的问题打下坚实的基础。