23栈和队列PPT课件
合集下载
栈及队列.ppt
二、栈的应用举例
★若读出的运算符的优先级不大于运算符栈栈顶 运算符的优先级，则从操作数栈连续推出两个操 作数，并从运算符栈推出一个运算符，然后作相 应的运算，并将运算结果压入操作数栈。在这种 情况下，当前读出的运算符下次重新考虑（即不 再读下一个符号）。
分析：表达式2+3*4-9/3;的计算过程
二、栈的应用举例
出栈时，在栈非空时，先将栈顶元素赋给指定的变 量，再将栈顶指针退一。
void pop(Stack &S, int &e) {
if(S.top==0) { cout<<"空栈";return; } e=S.data[S.top-1]; --S.top; return; }
2．栈的顺序存储及其实现
(4) 读栈顶元素：将栈顶元素赋给一个指定的变量
2 递归的实现
从递归的基本思想可以看出，计算机 执行递归过程时，需要记忆各步的状 态，以便问题的返回。这可以用栈来 实现。
a[4]={2,3,7,5} max(a,m,n) { if(m!=n)
{x=max(a,m,(m+n)/2); 2 7 y=max(a,(m+n)/2+1,n); 3 5
return x>y?x:y;} x=3 7 y=7
Struct LQueue{ node *front; node *rear;
} LQueue *LQ;
四、队列
链队的说明如下
★队头指针为LQfront,队尾指针为LQrear, 对头元素的引用为LQfrontdata,对尾元素的引用 为LQreardata. ★初始化时，设置LQfront=LQrear=NULL.
Q(1:6)
数据结构栈和队列ppt课件
栈的运用 例3.1 将一个十进制正整数N转换成r进制的数
N 〕
1835
229
28
3
N / 8 〔整除〕 N % 8〔求余
229
3
低
28
5
3
4
0
3
高
❖例3.2 算术表达式中括号匹配的检查
❖用栈来实现括号匹配检查的原那么是，对表达式从左 到右扫描。
❖〔1〕当遇到左括号时，左括号入栈；
❖〔2〕当遇到右括号时，首先检查栈能否空，假设栈 空，那么阐明该“右括弧〞多余；否那么比较栈顶左 括号能否与当前右括号匹配，假设匹配，将栈顶左括 号出栈，继续操作；否那么，阐明不匹配，停顿操作 。
❖在顺序栈上实现五种根本运算的C函数 ❖〔3〕入栈 ❖int push (SeqStack *s, DataType x) ❖{ if (s->top==MAXSIZE-1) /*栈满不能入栈*/ ❖{ printf("overflow"); ❖return 0; ❖} ❖ s->top++; ❖ s->data[s->top]=x; ❖ return 1; ❖}
链队列及运算的实现
采用链接方法存储的队列称为链队列〔Linked Queue〕
采用带头结点的单链表来实现链队列，链队列中 的t结ype点de类f st型ruc与t N单od链e 表一样。将头指针front和尾指针 re{arD封at装aTy在pe一da个ta;构造体中，链队列用C言语描画如 下：struct Node *next;
❖只设了一个尾指针r ❖头结点的指针，即r->next ❖队头元素的指针为r->next->next ❖队空的断定条件是r->next==r
《栈和队列梁》课件
对比分析
总结词
各有优缺点
详细描述
数组实现和链表实现各有优缺点。数组实现具有简单直观的优点，但在实际应用中可能会受到数组大 小限制的影响。链表实现更加灵活，但需要注意指针操作和内存管ห้องสมุดไป่ตู้问题。具体选择哪种实现方式需 要根据实际需求和应用场景来决定。
05
栈和队列的常见问题与解 决方案
栈溢出问题
栈溢出问题
当栈的大小不足以容纳新元素时 ，会发生栈溢出。这通常是由于 递归深度过深或栈空间分配不足
导致的。
解决方案
为栈分配足够的空间，避免过深的 递归，或者使用循环代替递归。
优化建议
使用动态内存分配函数（如malloc 和free）来动态调整栈的大小，以 适应不同的情况。
队列空指针问题
队列空指针问题
优化建议
栈的特性
先进后出（FILO）
栈中的元素必须遵循后进先出的原则，即最后一个进入栈的元素 将是第一个出去的元素。
插入和删除操作在栈顶进行
栈只允许在固定的一端（称为栈顶）进行插入和删除操作。
动态性
栈的大小可以根据需要进行动态调整。
栈的应用场景
后进先出（LIFO）的场景
01
如括号匹配、函数调用堆栈等，需要最后进入的元素最先出来
队列主要有入队、出队 、查看队首元素等操作
。
队列的应用场景
01
02
03
任务调度
在多任务系统中，可以使 用队列来实现任务的调度 和管理。
缓冲处理
在输入输出系统中，可以 使用队列来缓存数据，实 现数据的缓冲处理。
事件处理
在事件驱动的系统中，可 以使用队列来管理事件， 实现事件的顺序处理和并 发处理。
《栈和队列》课件
栈与队列的区别
数据存储方式
栈是后进先出（Last In First Out, LIFO）的数据结构，新元素总是被添加到栈顶，移除 元素时也是从栈顶开始。而队列是先进先出（First In First Out, FIFO）的数据结构，新 元素被添加到队列的尾部，移除元素时从队列的头部开始。
操作方式
栈的主要操作有push（添加元素）和pop（移除元素），而队列的主要操作有enqueue （添加元素）和dequeue（移除元素）。
《栈和队列》ppt课件
目录
CONTENTS
• 栈的定义与特性 • 队列的定义与特性 • 栈与队列的区别与联系 • 栈和队列的实现方式 • 栈和队列的算法实现 • 总结与思考
01 栈的定义与特性
CHAPTER
栈的定义
栈是一种特殊的线性 数据结构，遵循后进 先出（LIFO）原则。
栈中的元素按照后进 先出的顺序排列，最 新加入的元素总是位 于栈顶。
02
如何实现一个队列，并 实现其基本操作（ enqueue、dequeue、 front）？
03
栈和队列在应用上有哪 些区别？请举例说明。
04
请设计一个算法，使用 栈实现括号匹配的功能 ，并给出测试用例。
谢谢
THANKS
。
队列的应用场景
任务调度
在任务调度中，可以将任 务按照优先级放入队列中 ，按照先进先出的原则进 行调度。
网络通信
在网络通信中，可以将数 据包放入队列中，按照先 进先出的原则进行发送和 接收。
事件处理
在事件处理中，可以将事 件放入队列中，按照先进 先出的原则进行处理。
03 栈与队列的区别与联系
CHAPTER
应用场景
数据结构课件第3篇章栈和队列
循环队列实现原理
01
循环队列定义
将一维数组看作首尾相接的环形结构，通过两个指针（队头和队尾指针）
在数组中循环移动来实现队列的操作。当队尾指针到达数组末端时，再
回到数组起始位置，形成循环。
02
判空与判满条件
在循环队列中，设置一个标志位来区分队列为空还是已满。当队头指针
等于队尾指针时，认为队列为空；当队尾指针加1等于队头指针时，认
栈在函数调用中应用
函数调用栈
在程序执行过程中，每当发生函数调用时，系统会将当前函数的执行上下文压入一个专门的栈中，称为函数调用 栈。该栈用于保存函数的局部变量、返回地址等信息。当函数执行完毕后，系统会从函数调用栈中弹出相应的执 行上下文，并恢复上一个函数的执行状态。
递归调用实现
递归调用是一种特殊的函数调用方式，它通过在函数调用栈中反复压入和弹出同一函数的执行上下文来实现对问 题的分解和求解。在递归调用过程中，系统会根据递归深度动态地分配和管理函数调用栈的空间资源。
栈和队列的应用
栈和队列在计算机科学中有着广泛的应用，如函数调用栈、表达式求 值、缓冲区管理等。
常见误区澄清说明
误区一
栈和队列的混淆。虽然栈和队列都是线性数据结构，但它们的操作方式和应用场景是不同的。栈是后进先出，而队列 是先进先出。
误区二
认为栈和队列只能通过数组实现。实际上，栈和队列可以通过多种数据结构实现，如链表、循环数组等。具体实现方 式取决于应用场景和需求。
后缀表达式求值
利用栈可以方便地实现后缀表达式的求值。具体步骤 为：从左到右扫描表达式，遇到数字则入栈，遇到运 算符则从栈中弹出所需的操作数进行计算，并将结果 入栈，最终栈中剩下的元素即为表达式的结果。
中缀表达式转换为后缀表达式
栈和队列PPT课件
p=Q.front->next;
e=p->data;
Q.front->next=p->next;
if(Q.rear==p) Q.rear=Q.front;
free(p);
return OK;
}
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
typedef struct
{ Selemtype *base; //在栈构造之前和销毁之后，base的值为NULL
Selemtype *top; //栈顶指针
int
stacksize; //当前已分配的存储空间，以元素为单位
} sqstack;
栈的基本操作：P46
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
x
x
y^ rear
y^ rear
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
❖构造空队列
status InitQueue(LinkQueue &Q) {
Q.front=Q.rear=(QueuePtr)malloc(sizeof(Qnode));
若表达式未输入完，转1
例 计算 4+3*5
后缀表达式：435*+
top 3
top 4
4
top 5 3
7
top top
数据结构--栈和队列 ppt课件
ppt课件
7
2 、说明：设（a1, a2, a3, …, an ） 是一个栈
1）表尾称为栈顶，表头称为栈底 ，即a1为栈底元素，an为栈顶元素;
2）在表尾插入元素的 操作称进栈操作，在表头删除元素的操作称为 出栈操作;
3）元素按a1, a2, a3, …, an 的次序进栈, 第一个进栈的元素一定在 栈底，最后一个进栈的元素一定在栈顶, 第一个出栈的元素为栈顶元素；
…….
} ADT Stack
ppt课件
13
二 栈的存储表示和操作的实现
和线性表类似，栈也有两种存储表示，其顺 序存储结构简称为顺序栈。
和顺序表类似，对顺序栈也需要事先为它分 配一个可以容纳最多元素的存储空间。
ppt课件
14
顺序存储方式：同一般线性表的顺序存储结构 完全相同。是利用一组连续的内存单元依次存放 自栈底到栈顶的数据元素，栈顶元素的位置由一 个称为栈顶指针的变量指示 。
ppt课件
17
特点：简单、方便，但易产生溢出。 上溢（Overflow ) 栈已经满，又要压入元素； 下溢（Underflow ) 栈已经空，还要弹出元素；
注：上溢是一种错误，使问题的处理无法进行下去； 而下溢一般认为是一种结束条件，即问题处理结束。
ppt课件
18
顺序栈的存储表示
#define STACK_INIT_SIZE 100//栈存储空间的初始分配量
的特点(Last In First out-LIFO First In Last
out ---FILO )
ppt课件
9
课堂练习
假设有A ， B , C , D 四个元素；它们入栈次 序为A一＞ B 一＞C 一＞D 出栈次序任意， 请问不可能得到下面哪些出栈序列？
第4章-栈与队列PPT课件
.
34
其算法框架如下：
mazeFrame( void ) {
创建一个（保存探索过程的）空栈；
把入口位置压入栈中;
while 栈不空时{
取栈顶位置并设置为的当前位置;
while 当前位置存在试探可能{
取下一个试探位置;
if (下一个位置是出口)
打印栈中保存的探索过程然后返回
if(下一个位置是通道)
把当前位置进栈并且设置为的当前位置;
n = n – 1; } res = 1; while (! isEmptyStack_seq(st)) { res = res * top_seq(st);
pop_seq(st); } free(st);
return ( res );
}
.
31
4.3.2 迷宫问题
迷宫问题要求的就是：从入口到出口的一 个以空白方块构成的(无环)路径。
.
28
当被调函数运行结束，需要返回到调用函数时，一 般的返回处理也可以分解成下列三步： (1) 传送返回信息。 (2) 释放被调函数的数据区。 (3) 把控制按返回地址转移到调用函数中去。
.
29
内存空间的分配：静态分配和动态分配。 要完成递归算法转换为非递归算法，需要在内
存中开辟一个存储区域称为运行栈（或简称栈）。 每次调用时，将动态区指针下推，分配被调函数
.
25
在fact(3)的计算过程中，我们实际不需 要生成3个相同的fact程序，只要一个程序 在不同的阶段能够处理(3份)不同数据。根 据后进先出的原则，只要保证把最后调用 的程序使用的空间，保存在一个栈的栈顶 就可以了。
.
26
递归函数到非递归函数的转换
《栈和队列》课件
栈和队列的本质思想是
实现方式的重要性
通过限制插入和删除的
理解栈和队列的概念以
方式，实现了数据的有
及它们不同的实现方式
序存储和操作。
对于和队列在算法和
数据结构中的广泛 应用
栈和队列作为基本的数
据结构，在算法和数据
结构的设计中有着广泛
的应用。
1 Enqueue
插入元素到队列尾部。
2 Dequeue
从队列头部删除元素。
3 Front
获取队列头部元素的值，不改变队列的状 态。
4 isEmpty
判断队列是否为空。
队列的应用
约瑟夫问题
通过模拟元素出队/入队的 过程，解决经典的约瑟夫 问题。
循环队列
使用数组实现的循环队列， 可以有效地利用存储空间。
1 Push
将元素压入栈顶。
3 Peek
获取栈顶元素的值，不改变栈的状态。
2 Pop
将栈顶元素弹出。
4 isEmpty
判断栈是否为空。
栈的应用
中缀表达式转后缀表 达式
利用栈的特性将中缀表达 式转换为后缀表达式，方 便计算机进行计算。
括号匹配问题
利用栈判断一个表达式中 的括号是否匹配。
计算器程序
使用栈来实现简单的计算 器，可以进行基本的加减 乘除运算。
队列与广度优先搜索
在图的遍历过程中，广度 优先搜索需要使用队列来 保存未访问的节点。
栈和队列的比较
1 栈和队列的异同
栈和队列都是线性表，但栈是后进先出，队列是先进先出。
2 栈和队列的不同应用场景
栈在表达式求值和程序调用等领域有广泛应用，而队列在调度和模拟等领域有广泛应用。
总结
chapter03栈和队列课件PPT
队列为空：判断队列是 否为空，返回一个布尔 值。
队列满：判断队列是否 已满，返回一个布尔值。
队列的性质和应用
队列的性质
队列具有先进先出的特性，即最早进 入队列的元素将最先被删除。
队列的应用
队列在计算机科学中被广泛应用于各 种场景，如任务调度、缓冲处理、事 件处理等。
04
栈和队列的比较与选择
栈和队列的异同点
相同点 都是线性数据结构
都有后进先出（LIFO）的特性
栈和队列的异同点
01
不同点
02
栈只允许在固定的一端（称为栈顶）进行插入和删除操作，而队列允 许在两端进行操作。
03
栈中的元素必须按照先进后出的顺序进行操作，而队列中的元素则按 照先进先出的顺序进行操作。
04
栈主要用于实现递归、括号匹配等算法，而队列主要用于实现生产者 消费者模型、打印机的打印队列等应用。
课件：Chapter03栈和队列
• 引言 • 栈的概念和操作 • 队列的概念和操作 • 栈和队列的比较与选择 • 总结与回顾
01
引言
主题简介
栈和队列是两种常见的数据结构，在 计算机科学和编程中有着广泛的应用。
队列是一种先进先出（FIFO）的数据 结构，用于存储元素的集合，其中新 元素总是添加到队列尾部，而删除操 作总是在队列头部进行。
展望
后续课程将介绍更多数据结构和算法，如链表、树、图等， 这些数据结构在计算机科学中有着广泛的应用。建议学生提 前预习相关内容，为后续课程打下坚实的基础。
THANKS
感谢观看
栈是一种后进先出（LIFO）的数据结 构，用于存储元素的集合，其中新元 素总是添加到栈顶，而删除操作总是 在栈顶进行。
课程目标和意义
教学课件第三章栈和队列
A( ){ …
B( ) { …
C( ) { …
A( ) ;
C( );
B( );
… }
… }
… }
A 直接调用自己
B间接调用自己
递归算法的编写 1）将问题用递归的方式描述（定义） 2）根据问题的递归描述（定义）编写递归算法
问题的递归描述（定义） 递归定义包括两项 基本项（终止项）：描述递归终止时问题的求解； 递归项：将问题分解为与原问题性质相同，但规模较小 的问题；
}
top
f(1) 1
f(1)=1
f(2) 2*f(1) f(2)=2*f(1)
f(3) 3*f(2) f(3)=3*f(2)
f(4) 4*f(3) f(4)=4*f(3)
f(5) 5*f(4) f(5)=5*f(4)
例2 递归的执行情况分析
void print(int w) { int i;
if ( w!=0) { print(w-1);
（LIFO）。
a2
栈的特点
a1
后进先出(LIFO)
栈的示意图
栈在函数嵌套调用中的应用：
主函数 a 函数
b 函数
c 函数
r
s
t
函数的嵌套调用与返回
t
s
s
s
r
r
r
r
r
(a) 调用a函数, r进栈 (c) 调用c函数,t进栈 (e) 返回a函数,s退栈 (b) 调用b函数,s进栈 (d) 返回b函数,t退栈 (f) 返回主程序,r退栈
1
m
栈1底
栈1顶
栈2顶
栈2底
常采用将两个栈底设在可用空间的两端。
仅当两个栈顶相遇时，才产生上溢，即所有可用空间已用完。对 每个栈可用的最大空间就可能大于整个可用空间的一半m/2。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
队首(front) ：允许进行删除的一端称为队首。
队尾(rear) ：允许进行插入的一端称为队尾。
例如：排队购物。操作系统中的作业排队。先进入
队列的成员总是先离开队列。
2021
9
队列中没有元素时称为空队列。在空队列中依次
加入元素a1, a2, …, an之后，a1是队首元素，an是队尾元 素。显然退出队列的次序也只能是a1, a2, …, an ，即队 列的修改是依先进先出的原则进行的，如图3-5所示。
2021
4
栈的动态顺序存储表示
采用动态一维数组来存储栈。所谓动态，指的是栈 的大小可以根据需要增加。
◆ 用bottom表示栈底指针，栈底固定不变的；栈顶 则随着进栈和退栈操作而变化。用top(称为栈顶指针) 指示当前栈顶位置。
◆ 用top=bottom作为栈空的标记，每次top指向栈顶 数组中的下一个存储位置。
ai ⋯⋯
a2 a1
进行的。
图3-1 顺序栈示意图
2021
3
栈的顺序存储表示
栈的顺序存储结构简称为顺序栈，用一维数组来存 储栈。根据数组是否可以根据需要增大，又可分为静态 顺序栈和动态顺序栈。
◆ 静态顺序栈实现简单，但不能根据需要增大栈的 存储空间； ◆ 动态顺序栈可以根据需要增大栈的存储空间，但 实现稍为复杂。
◆ 用top=0表示栈空的初始状态，每次top指向栈顶 在数组中的存储位置。
◆ 结点进栈：首先执行top加1，使top指向新的栈
顶位置，然后将数据元素保存到栈顶(top所指的当前
位置)。
2021
7
◆ 结点出栈：首先把top指向的栈顶元素取出，然
后执行top减1，使top指向新的栈顶位置。
若栈的数组有Maxsize个元素，则top=Maxsize-1时 栈满。图3-3是一个大小为5的栈的变化示意图。
栈底(Bottom)：是固定端，又称为表头。
空栈：当表中没有元素时称为空栈。
2021
2
设栈S=(a1，a2，…an)，则a1称 为栈底元素，an为栈顶元素，如图31所示。
进栈（push） 出栈(pop)
top
an
⋯⋯
栈中元素按a1，a2，…an的次序 进栈，退栈的第一个元素应为栈顶元
素。即栈的修改是按后进先出的原则 bottom
出队
a1 , a2 , … , an
入队
队首
队尾
图3-5 队列示意图
2021
10
队列的顺序存储结构
利用一组连续的存储单元(一维数组) 依次存放 从队首到队尾的各个元素，称为顺序队列。
设立一个队首指针front ，一个队尾指针rear ，分别 指向队首和队尾元素。
◆ 初始化：front=rear=0。 ◆ 入队：将新元素插入rear所指的位置，然后rear加 1。 ◆ 出队：删去front所指的元素，然后加1并返回被删 元素。
i=(i+1)%MAX_QUEUE_SIZE ;
例：设有循环队列QU[0，5]，其初始状态是
front=rear=0，各种操作后队列的头、尾指针的状态变 化情况如下图3-7所示。
2021
13
rear front
01
5
2
43
front rear
d
0
e
1
5
2b
43
g
01
front
5
2b
43
rear
g
(a) 空队列
Q.rear
Q.front (a) 空队列
Q.rear
Q.rear
a3
Q.front
Q.rear
a5
Q.front
a4
a2
a1 Q.front
(b) 入队3个元素 (c) 出队3个元素 (d) 入队2个元素
图3-6 队列示20意21 图
12
循环队列
为充分利用向量空间，克服上述“假溢出”现象的 方法是：将为队列分配的向量空间看成为一个首尾相接 的圆环，并称这种队列为循环队列(Circular Queue)。
(b) d, e, b, g入队
(c) d, e出队
栈和队列
2021
1
栈
栈的基本概念
1 栈的概念
栈(Stack)：是限制在表的一端进行插入和删除操
作的线性表。又称为后进先出LIFO (Last In First Out) 或先进后出FILO (First In Last Out)线性表。
栈顶(Top)：允许进行插入、删除操作的一端，又
称为表尾。用栈顶指针(top)来指示栈顶元素。
元素a进栈 top
c b bottom a
元素b，c进栈
f
top
b a
bottom 元素c退栈
e d b bottom a
元素d，e，f进栈
图3-2 (动态)堆栈变化示202意1 图
6
栈的静态顺序存储表示
采用静态一维数组来存储栈。
栈底固定不变的，而栈顶则随着进栈和退栈操作变 化的，
◆ 栈底固定不变的；栈顶则随着进栈和退栈操作而 变化，用一个整型变量top(称为栈顶指针)来指示当 前栈顶位置。
◆ 结点进栈：首先将数据元素保存到栈顶(top所指
的当前位置)，然后执行top加1，使top指向栈顶的下 一个存储位置;
2021
5
◆ 结点出栈：首先执行top减1，使top指向栈顶元
素的存储位置，然后将栈顶元素取出。
图3-2是一个动态栈的变化示意图。
top
top bottom
空栈
top
bottom a
◆ 队列为空：front=rear。 ◆ 队满：rear=MAX_QU20E21UE_SIZE-1或front=rea11r。
在非空队列里，队首指针始终指向队头元素，而队尾指针 始终指向队尾元素的下一位置。
顺序队列中存在“假溢出”现象。因为在入队和出队操 作中，头、尾指针只增加不减小，致使被删除元素的空间永远无 法重新利用。因此，尽管队列中实际元素个数可能远远小于数组 大小，但可能由于尾指针巳超出向量空间的上界而不能做入队操 作。该现象称为假溢出。如图3-6所示是数组大小为5的顺序队 列中队首、队尾指针和队列中元素的变化情况。
top bottom
top
top
a
c b top a
top
e
d
b
b
a
a
bottom
bottom
bottom
bottom
空栈
Top=1
Top=3
Top=2
Top=4
1个元素进栈 3个元素进栈来自元素c进栈栈满图3-3 静态堆栈变化示意图
2021
8
队列
队列及其基本概念
1 队列的基本概念
队列(Queue)：也是运算受限的线性表。是一种先 进先出(First In First Out ，简称FIFO)的线性表。只允 许在表的一端进行插入，而在另一端进行删除。