964栈与队列.ppt
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1、1,4.1 栈4.2 栈的实现4.3 栈的应用4.4 队列4.5 队列的实现 4.6 队列的应用,栈和队列是运算受限的线性表。,第四章 栈与队列,2,3.1 栈,3.1.1 栈的概念及运算3.1.2 顺序栈3.1.3 链栈,3,3.1.1 栈的概念及运算,栈,限制仅在一端进行插入和删除运算的线性表,栈顶,进行插入、删除的一端,栈底,栈顶,栈底,进栈,退栈,a2,a1,an,.,栈是后进先出表(LIFO 表),4,(1)置空栈 createEmptyStack(void):空栈;(2)判栈空 isEmptytack(st):这是一个布尔函数。若st为空栈,则函数值为“真”,否则为“假”。(3)进
2、栈 push(st,x):在st的顶部插入(亦称压入)元素 x。(4)退栈 pop(st):删除(亦称弹出)栈st的顶部元素。(5)取栈顶 top(st):取栈st的顶部元素。,栈的五种基本运算,3.1.1 栈的概念及运算,5,3.1.2 顺序栈,栈的顺序存储结构简称为顺序栈,它是运算受限的顺序表。,#define MAXNUM 100/*栈中能达到的最大容量*/typedef int DataType;/*定义栈元素的数据类型*/struct SeqStack/*顺序栈类型定义*/DataType sMAXNUM;int t;/*栈顶*/;typedef struct SeqStack,*P
3、SeqStack;PSeqStack pastack;/*指向顺序栈的指针变量*/,6,注意:,t是 int型简单变量,指向栈顶元素在栈中的位置(序号),约定:,1、栈空时,t=-12、栈满时,t=MAXNUM-13、栈顶元素:St4、若t=-1时,执行pop,产生“下溢”5、若t=MAXNUM-1时,执行push,产生“上溢”,7,6 5 4 3 2 1 0-1,A,B,C,D,进栈和退栈,3.1.2 顺序栈,8,3.1.2 顺序栈,(1)置空栈(2)判栈空(3)进栈(4)退栈(5)取栈顶,在顺序栈下实现栈的五种基本运算,当程序中同时使用两个栈时,可共享存储空间。,9,1.置空栈(算法4.1
4、),PSeqStack createEmptyStack_seq(void)PSeqStack pastack;pastack=malloc(sizeof(struct SeqStack);if(pastack=NULL)printf(“out of space!n”);else pastack-t=-1;return pastack;/*SETNULL*/,10,2.判栈空(算法4.2),int isEmptyStack_seq(pastack)PSeqStack pastack;if(pastack-t=0)return FALSE;else return TRUE;,11,3.进栈(算法
5、4.3),先修改 t 值,再放入数据,t+,st=x,(*pastack).t+,(*pastack).s(*pastack).t=x,push_seq(pastack,x),12,push_seq(pastack,x)PSeqStack pastack;datatype x;if(pastack-t=MAXNUM-1)print(“overflow”);else pastack-t+;pastack-spastack-t=x;/*push_seq*/,3.进栈(算法4.3),13,4.退栈(算法4.4),pop_seq(pastack),修改 t 值,t-,pastack-t-,14,pop
6、_seq(pastack)PSeqStack pastack;if(pastack-t=-1)print(“underflow”);else pastack-t-;/*pop_seq*/,4.退栈(算法4.4),15,5.取栈顶元素(算法4.5),datatype top_seq(pastack)PSeqStack pastack;if(pastack-t=-1)print(“stack is empty”);return NULL;else return(pastack-spastack-t;/*top_seq*/,16,多个栈共享存储空间,.,栈1,栈2,栈1底,栈1顶,栈2底,栈2顶,让
7、多个栈共享存储空间,可以相互调节余缺,节约存储空间,降低发生上溢的概率。,17,多个栈共享存储空间,多栈共享:采用链栈,Typedef struct datatype sMAXNUM;int top1,top2;DStack;Push(x,i)Pop(i),18,3.1.3 链栈,栈的链式存储结构称为链栈。它是运算受限的单链表。,由于只能在链表头部进行操作,故链栈没有必要象单链表那样需附加头结点。栈顶指针top就是链表的头指针head。,19,typedef int DataType;struct Node;typedef struct Node*pNode;struct Node/*单链表结
8、点结构*/DataType info;pNode link;struct LinkStack/*链接栈类型定义*/pNode top;/*指向栈顶结点*/;typedef struct LinkStack*PLinkStack;,3.1.3 链栈,pLinkstack plstack;/*变量声明*/,plstack,top,info,link,栈的链接表示,21,3.1.3 链栈,相当于链表在 top 结点前插入,出栈,相当于链表在将top 结点删除,进栈,22,void push_link(PLinkStack plstack,DataType x)/*在栈中压入一元素x*/PNode p
9、;p=(PNode)malloc(sizeof(struct Node);if(p=NULL)printf(Out of space!n);elsep-info=x;p-link=plstack-top;plstack-top=p;,进栈算法(算法4.8),23,void pop_link(PLinkStack plstack)PNode p;if(isEmptyStack_link(plstack)printf(Empty stack pop.n);elsep=plstack-top;plstack-top=plstack-top-link;free(p);,退栈算法(算法4.9),24,3
10、.2 栈的应用,栈的应用非常之广,只要问题满足LIFO 原则,均可使用栈做数据结构。我们先看几个例子。例3.1 文字编辑器 例3.2 栈与递归 例3.3 数制转换 例3.4 括号匹配的检验 例3.5 表达式求值,25,例3.1 设计一个简单的文字编辑器,使其具有删除打 错字符的功能。,#删除前面一个字符 删除前面所有字符*输入结束,“abc#defg*”,我们用栈来实现这种功能的文字编辑器,每读入一个字符,退栈,置空栈,编辑结束,26,PSeqStack str;/*顺序栈 str 是全程变量*/EDIT()/*编辑好的字符串在 str 中*/char c;str=createEmptySta
11、ck();c=getchar();while(c!=*)/*字符*为编辑结束符*/if(c=#)POP(str);else if(c=)str=createEmptyStack();else PUSH(str,c);c=getchar();/*EDIT*/,例3.1 设计一个简单的文字编辑器,使其具有删除打 错字符的功能。,27,如果一个对象部分的由自己组成,或者是按它自己定义的,则称为递归的。一个递归定义必须一步比一步简单,最后是有终结的,决不能无限循环下去。在n阶乘的定义中,当n为0时定义为1,它不再用递归来定义,称为递归定义的出口,简称为递归出口。,例3.2 栈与递归,递归的定义,28,
12、例3.2 栈与递归,递归函数的特点:在函数内部可以直接或间接地调用函数自身。如阶乘函数:,阶乘的递归计算(算法4.11)int fact(int n)if(n=0)return 1;else return(n*fact(n-1);r2main()int n;scanf(“%dn”,r1,3,3,r1,2,r2,1,r2,0,r2,1,1,2,6,30,调用前:(1)为被调用函数的局部变量分配存储区;(活动记录,数据区)(2)将所有的实参、返回地址传递给被调用函数;实参和形参的结合,传值。(3)将控制转移到被调用函数入口。调用后返回:(1)保存被调用函数的计算结果;(2)释放被调用函数的存储区;
13、(3)依照被调用函数保存的返回地址将控制转 移到调用函数。,递归函数到非递归函数的转换,函数嵌套调用时,按照“后调用先返回”的原则进行。,int main()int m,n;.first(m,n);1:,int first(int s,int t)int i;second(i);2:,int second(int d)intx,y;3:,int main()int m,n;.int i;int x,y;3:2:1:,函数嵌套结构,算法4.12 阶乘的非递归计算程序员自己管理一个栈,并模拟函数调用的执行过程。int nfact(int n);int res;pSeqStack st;st=cre
14、ateEmptyStack-seq();while(n0)while(!isEmptyStack-seq(st)push-seq(st,n);res=res*top-seq(st);n=n-1;pop-seq(st);res=1;free(st);return(res);,阶乘递归算法:int fact(int n)if(n=0)return 1;else return(n*fact(n-1);,34,例3.3 数制转换,十进制数N和其它d进制数的转换基于下列原理:N=(N div d)x d+N mod d,N N div 8 mod 8,1348 168 4,168 21 0,21 2 5
15、,2 0 2,4,0,5,2,35,程序要求:对于输入的任意一个非负十进制整数,打印输出与其等值的八进制数。,由于上述计算过程是从低位到高位顺序产生八进制数的各个数位,而打印输出,一般来说应从高位到低位进行,恰好与计算过程相反。,例3.3 数制转换,因此,若将计算过程中得到的八进制数的各位顺序进栈,则按出栈序列打印输出的即为与输入对应的八进制数。,36,PSeqStack str;void CONVERSION()str=createEmptyStack();scanf(“%d”,X);while(X)PUSH(str,X%8);X=X/8;while(!EMPTY(str)printf(“%
16、d”,TOP(str);POP(str);/*CONVERSION*/,例3.3 数制转换,37,例3.3 数制转换,void CONVERSION(int X)If(X/8!=0)conversion(X/8);Printf(“%d”,X%8);,用递归函数实现:,用递归编程时,不需要用户自行定义栈。它是由编译程序加以设立和处理的。,38,例3.4 括号匹配的检验,假设表达式中允许三种括号:()、和,其嵌套的顺序随意。,检验括号是否匹配的方法可用“期待的急迫程度”这个概念来描述。,在算法中设置一个栈,每读入一个括号,若是右括号,则或者使置于栈顶的最急迫的期待得以消解,或者是不合法的情况;若是
17、左括号,则作为一个新的更急迫的期待压入栈中,自然使原有的在栈中的所有未消解的期待的急迫性都降了一级。,()1 2 3 4 5 6 7 8,39,Judgement()/*判断表达式是否配对,表达式以#结束*/PSeqStack sta;char ch,chpop;int valid;SETNULL(/*valid为FALSE表示括号配对失败*/,例3.4 括号匹配的检验,40,例3.4 括号匹配的检验,while(ch!=#)/*当读入字符为左括号时进栈*/if(ch=()|(ch=)|(ch=)PUSH(,41,例3.4 括号匹配的检验,if(!(ch=)/*读入下一字符*/*while*/
18、,42,if(POP(/*左括号多于右括号*/if(valid)printf(“括号配对成功“);else printf(“括号配对不成功”);,例3.4 括号匹配的检验,43,表达式求值是程序设计语言编译中的一个最基本问题。它的实现是栈应用的一个典型例子。下面我们介绍一种简单直观、广为使用的算法,通常称为“算符优先法”。,例3.5 表达式求值,要把一个表达式翻译成正确求值的机器指令序列,或者直接对表达式求值,首先要能够正确解释表达式。算符优先法就是根据算符优先关系的规定来实现对表达式的编译或解释执行的。,44,任何一个表达式都是由操作数(operand)、运算符(operator)和界限符组
19、成的,我们称它们为单词。,我们仅讨论简单表达式的求值问题,这种表达式只含加、减、乘、除、乘方、括号等运算。,例3.5 表达式求值,我们把运算符和界限符统称为算符。,45,对于两个相继出现的算符Q1和Q2,其优先关系:,例3.5 表达式求值,46,界限符#优先级别最低,设置两个工作栈:运算符栈OPTR 操作数栈OPND,算法的基本思想,1)首先置操作数栈为空栈,表达式起始符#为运算符栈的栈底元素。,2)依次读入表达式中每个字符,若是操作数则进OPND栈,若是运算符则和 OPTR 栈的栈顶运算符比较优先权后作相应操作,直至整个表达式求值完毕。,例3.5 表达式求值,输入:,3,*,(,7,+,3,
20、*,6,/,2,-,5,#,),操作数栈,运算符栈,3,#,*,(,7,+,3,*,6,18,/,2,9,16,-,5,11,33,48,例3.5 表达式求值,datatype evaluate()PSeqStack optr,opnd;char ch;SETNULL(,49,else switch(Precede(TOP(,例3.5 表达式求值,50,例3.5 表达式求值,case 1:/*:退栈并将运算结果入栈*/theta=POP(/*evalate*/,51,若进栈序列为3,5,7,9,进栈过程中可以出栈,则不可能的一个出栈次序是()。(a)7,5,3,9(b)9,7,5,3(c)7,
21、5,9,3(d)9,5,7,3,d,练习题,52,用一维数组设计栈,初态是栈空,top=0。现有输入序列是 a、b、c、d,经过 push、push、pop、push、pop、push操作后,输出序列是(),栈顶指针是(),b、c,2,练习题,53,对于下面的程序调用过程,请问入栈序列是(),出栈次序是()。,BCD,CBD,练习题,54,4.4 队列,队列的概念及运算(逻辑结构),55,队列,只允许在表的一端进行插入,而在另一端进行删除。,队头,允许删除的一端,队尾,允许插入的一端,队列的概念,出队,入队,队头,队尾,a1,a2,an,.,队列是先进先出表,56,队列的基本运算:创建一个空队
22、列Queue createEmptyQueue(void)判队列是否为空队列int isEmptyQueue(Queue qu)往队列中插入一个元素void enQueue(Queue qu,DataType x)从队列中删除一个元素void deQueue(Queue qu)求队列头部元素的值DataType frontQueue(Queue qu),队列的运算,57,4.5 队列的实现,4.5.1.顺序队列4.5.2.链队列,58,4.5.1 顺序队列,队列的顺序存储结构简称为顺序队列。顺序队列实际上是运算受限的顺序表。,由于队列的队头和队尾的位置均是变化的,因而要设置两个指针,分别指示当
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