数据结构 | 堆栈 | 问题 1

介绍

在计算机科学中，堆栈（stack）是一种抽象的数据类型，它是一种遵循后进先出（LIFO）原则的集合。堆栈通常具有push和pop两种基本操作，push将元素压入堆栈，而pop则将元素从堆栈中弹出。

本文将围绕堆栈的应用问题来介绍堆栈的概念和实现。

问题 1

问题描述：实现一个简单的文本编辑器，支持撤销（undo）和重做（redo）功能

解决方案

使用堆栈实现

一个简单的实现可以利用两个堆栈：undo和redo。当用户输入文本时，将其存储在一个缓冲区中，同时将该操作以及当前文本状态压入undo堆栈中。当用户想要撤销操作时，弹出undo堆栈顶的操作并执行其反操作，同时将该操作以及当前文本状态压入redo堆栈中。当用户想要重做操作时，弹出redo堆栈顶的操作并执行。

下面是一个简单的实现，使用Java语言编写：

class TextEditor {
    private Stack<String> undoStack; // 用于存储undo操作
    private Stack<String> redoStack; // 用于存储redo操作
    private String text; // 当前文本

    public TextEditor() {
        undoStack = new Stack<>();
        redoStack = new Stack<>();
        text = "";
    }

    public void insert(String str) {
        undoStack.push(text); // 将当前文本状态压入undo堆栈
        text += str; // 在文本末尾添加字符串
    }

    public void delete(int n) {
        undoStack.push(text); // 将当前文本状态压入undo堆栈
        text = text.substring(0, text.length() - n); // 删除文本末尾的n个字符
    }

    public void undo() {
        if (!undoStack.empty()) {
            redoStack.push(text); // 将当前文本状态压入redo堆栈
            text = undoStack.pop(); // 恢复上一个文本状态
        }
    }

    public void redo() {
        if (!redoStack.empty()) {
            undoStack.push(text); // 将当前文本状态压入undo堆栈
            text = redoStack.pop(); // 恢复下一个文本状态
        }
    }

    public String getText() {
        return text;
    }
}

时间和空间复杂度分析

该解决方案的时间和空间复杂度分析如下：

• 时间复杂度：插入和删除操作的时间复杂度为O(1)，撤销和重做操作的时间复杂度为O(1)，因此总时间复杂度为O(n)，其中n为插入和删除的总次数。
• 空间复杂度：根据实现方式，在最坏情况下，undo和redo堆栈的空间复杂度为O(n)，缓存区的空间复杂度也为O(n)，因此总空间复杂度为O(n)。

其他实现方式

除了使用堆栈实现外，也可以使用链表或者数组等数据结构来实现文本编辑器。例如，可以使用链表存储每个文本版本以及它们之间的关系，支持快速的撤销和重做操作。不过，具体实现方式还取决于应用场景和要求。