栈队列及其应用(精)

栈与队列的应用栈(Stack)和队列(Queue)是计算机科学中常见的数据结构，它们分别具有先进后出（Last-In-First-Out, LIFO）和先进先出（First-In-First-Out, FIFO）的特性。

这两种数据结构在计算机领域有着广泛的应用，本文将介绍一些栈与队列的常见应用场景。

一、栈的应用1. 括号匹配栈常被用于判断表达式中的括号是否匹配。

通过遍历表达式中的每个字符，将左括号入栈，当遇到右括号时，检查栈顶元素与右括号是否匹配。

若匹配，则出栈；若不匹配，则说明括号不匹配。

2. 浏览器的前进与后退功能在浏览器中，我们可以通过点击前进和后退按钮来在不同的网页之间切换。

这种功能可以使用两个栈来实现：一个栈用于存储用户浏览的历史页面，另一个栈用于存储用户后退的页面。

当用户点击前进按钮时，从后退栈中弹出页面并推入历史页面栈；当用户点击后退按钮时，从历史页面栈中取出页面并推入后退页面栈。

3. 函数调用与递归在程序中，函数的调用是通过栈来实现的。

当一个函数被调用时，系统会将该函数的返回地址和参数等信息压入栈中；当函数执行完毕后，从栈中弹出返回地址，继续执行调用函数的下一条指令。

4. 表达式求值中缀表达式求值通常需要借助栈来实现。

通过将表达式转换成后缀表达式，并使用栈存储运算符和操作数，可以按照规定的优先级进行计算，得到最终的结果。

二、队列的应用1. 打印任务队列在计算机系统中，多个用户同时提交打印任务时，可以使用队列来管理这些任务。

每当有新的任务到达时，将其加入队列尾部，打印机则从队列头部取出任务进行打印。

这样可以保证任务的顺序性，并避免多个任务之间的冲突。

2. 消息队列在分布式系统中，消息队列通常用于解耦不同模块之间的通信。

一个模块可以将消息发送到队列中，而其他模块可以异步地从队列中获取消息并进行相应的处理。

这种方式提高了系统的可伸缩性和稳定性。

3. 广度优先搜索在图论中，广度优先搜索（Breadth-First Search, BFS）可以借助队列来实现。

数据结构实验三栈和队列的应用数据结构实验三：栈和队列的应用在计算机科学领域中，数据结构是组织和存储数据的重要方式，而栈和队列作为两种常见的数据结构，具有广泛的应用场景。

本次实验旨在深入探讨栈和队列在实际问题中的应用，加深对它们特性和操作的理解。

一、栈的应用栈是一种“后进先出”（Last In First Out，LIFO）的数据结构。

这意味着最后进入栈的元素将首先被取出。

1、表达式求值在算术表达式的求值过程中，栈发挥着重要作用。

例如，对于表达式“2 ＋ 3 4”，我们可以通过将操作数压入栈，操作符按照优先级进行处理，实现表达式的正确求值。

当遇到数字时，将其压入操作数栈；遇到操作符时，从操作数栈中弹出相应数量的操作数进行计算，将结果压回操作数栈。

最终，操作数栈中的唯一值就是表达式的结果。

2、括号匹配在程序代码中，检查括号是否匹配是常见的任务。

可以使用栈来实现。

遍历输入的字符串，当遇到左括号时，将其压入栈；当遇到右括号时，弹出栈顶元素，如果弹出的左括号与当前右括号类型匹配，则继续，否则表示括号不匹配。

3、函数调用和递归在程序执行过程中，函数的调用和递归都依赖于栈。

当调用一个函数时，当前的执行环境（包括局部变量、返回地址等）被压入栈中。

当函数返回时，从栈中弹出之前保存的环境，继续之前的执行。

递归函数的执行也是通过栈来实现的，每次递归调用都会在栈中保存当前的状态，直到递归结束，依次从栈中恢复状态。

二、队列的应用队列是一种“先进先出”（First In First Out，FIFO）的数据结构。

1、排队系统在现实生活中的各种排队场景，如银行排队、餐厅叫号等，可以用队列来模拟。

新到达的顾客加入队列尾部，服务完成的顾客从队列头部离开。

通过这种方式，保证了先来的顾客先得到服务，体现了公平性。

2、广度优先搜索在图的遍历算法中，广度优先搜索（BreadthFirst Search，BFS）常使用队列。

从起始节点开始，将其放入队列。

数据结构_实验三_栈和队列及其应用(可编辑实验三：栈和队列及其应用1.实验目的：1.1掌握栈和队列的定义与基本操作。

1.2理解栈和队列的应用场景。

1.3熟悉栈和队列在计算机程序设计中的应用。

2.实验内容：2.1实现栈数据结构的基本操作：初始化、入栈、出栈、判断栈空、判断栈满、获取栈顶元素。

2.2实现队列数据结构的基本操作：初始化、入队、出队、判断队空、判断队满、获取队头元素。

2.3利用栈实现表达式求值。

2.4 利用队列解决Josephus问题。

3.实验步骤：3.1栈的实现：栈（Stack）是一种后进先出（LIFO）的数据结构，只能在一端进行插入和删除操作。

栈的实现可以使用数组或链表，这里以数组为例。

1）初始化栈：创建一个数组，设定一个栈指针top，初始时top值为-12）入栈操作：栈不满时，将元素插入到数组的top+1位置，然后top值加13）出栈操作：栈不空时，将数组的top位置的元素删除，然后top 值减14）判断栈空：当栈指针top为-1时，表示栈空。

5）判断栈满：当栈指针top达到数组的最大索引值时，表示栈满。

6）获取栈顶元素：栈不空时，返回数组的top位置的元素。

3.2队列的实现：队列（Queue）是一种先进先出（FIFO）的数据结构，插入操作在队尾进行，删除操作在队头进行。

队列的实现可以使用数组或链表，这里以数组为例。

1）初始化队列：创建一个数组，设定两个指针front和rear，初始时front和rear值均为-12）入队操作：队列不满时，将元素插入到数组的rear+1位置，然后rear值加13）出队操作：队列不空时，将数组的front+1位置的元素删除，然后front值加14）判断队空：当front和rear指针相等且都为-1时，表示队空。

5）判断队满：当rear指针达到数组的最大索引值时，表示队满。

6）获取队头元素：队列不空时，返回数组的front+1位置的元素。

3.3表达式求值：使用栈可以实现对表达式的求值。

线性表的应用栈队列和链表在实际中的应用线性表的应用：栈、队列和链表在实际中的应用简介：线性表是一种常见的数据结构，它有多种实际应用。

本文将重点介绍线性表的三种常见形式：栈、队列和链表，在实际应用中的具体应用场景和作用。

一、栈的应用1. 撤销操作栈在程序中常被用于实现撤销操作。

比如在文字处理程序中，每次撤销都会将当前操作保存在栈中，当用户需要撤销时，从栈中弹出最新的操作，将文本回滚到之前的状态，实现撤销操作。

2. 表达式求值栈在数学表达式求值中起到重要的作用。

通过利用栈的后进先出特性，我们可以将中缀表达式转换为后缀表达式，并使用栈来对后缀表达式进行求值，从而得到正确的计算结果。

3. 缓存存储对于一些频繁使用的数据，我们可以使用栈进行缓存存储，以提高数据的访问效率。

当需要用到数据时，首先检查栈顶是否有该数据，如果有则直接取出；如果没有，则从其他存储介质中读取，并将数据压入栈中，以备后续使用。

二、队列的应用1. 消息队列消息队列是现代分布式系统中常用的通信方式之一。

多个节点之间通过队列来传递信息，实现异步通信和解耦。

一些典型的消息队列包括Apache Kafka和RabbitMQ等。

2. 任务调度队列在任务调度中也有广泛的应用。

比如，在一个生产者-消费者模型中，生产者将任务放入队列中，消费者从队列中取出任务并执行。

这样可以有效地实现任务的异步执行和负载均衡。

3. 网络数据传输在计算机网络中，队列常被用于数据传输。

例如，在路由器中，数据包首先进入输出队列，待到其被发送到目标地址。

如果目标地址处于繁忙状态，数据包将在队列中等待，直到队列中的前面数据包被发送完毕。

三、链表的应用1. 数据库索引链表在数据库索引中扮演重要的角色。

链表的特性允许数据库对数据记录进行快速的检索和查询，从而提高数据库的查询效率。

2. 内存分配链表在操作系统中的内存分配中有广泛应用。

当一个程序需要申请内存时，内存分配器会维护一个链表，记录可用的内存块。

栈和队列的应用栈和队列是计算机科学中非常重要的数据结构，它们在各种应用中被广泛使用。

本文将探讨栈和队列的应用，并讨论它们在不同场景下的具体用途。

一、栈的应用1. 浏览器的前进后退功能在使用浏览器时，我们可以通过点击前进按钮或后退按钮来切换网页。

这种功能实际上是由一个栈来实现的。

当我们访问新的网页时，当前页面被推入栈中，当我们点击后退按钮时，栈顶的页面被弹出并显示在浏览器中。

2. 函数调用栈在编写程序时，函数的调用和返回也是通过栈来管理的。

每当一个函数被调用时，相关的信息（例如参数、返回地址等）会被推入栈中，当函数执行完毕后，这些信息会从栈中弹出，程序会回到函数调用的地方继续执行。

3. 括号匹配在编写编译器或表达式计算器时，需要检查括号是否正确匹配。

这个问题可以使用栈来解决。

遍历表达式时，遇到左括号将其推入栈中，遇到右括号时，若栈顶元素是对应的左括号，则将栈顶元素弹出，继续处理下一个字符；若栈为空或栈顶元素不是对应的左括号，则括号不匹配。

二、队列的应用1. 消息队列消息队列是一种在分布式系统中实现异步通信的机制。

它常用于解耦系统中的组件，例如，一个组件将消息发送到队列中，而另一个组件则从队列中接收消息并处理。

这种方式可以提高系统的可伸缩性和可靠性。

2. 打印队列在打印机系统中，多个任务需要按照先后顺序进行打印。

这时可以使用队列来管理打印任务的顺序。

每当一个任务到达时，将其加入到队列的末尾，打印机从队列的头部取出任务进行打印，直到队列为空。

3. 广度优先搜索广度优先搜索（BFS）是一种常用的图搜索算法，它使用队列来辅助实现。

在BFS中，首先将起始节点加入队列中，然后依次将与当前节点相邻且未访问过的节点入队，直到遍历完所有节点。

结论栈和队列作为常用的数据结构，在计算机科学中有着广泛的应用。

本文只介绍了它们部分的应用场景，实际上它们还可以用于解决其他许多问题，如迷宫路径搜索、计算器计算等。

因此，了解和熟练运用栈和队列是程序员和计算机科学家的基本素养之一。

实验报告——栈和队列的应用第一篇：实验报告——栈和队列的应用实验5 栈和队列的应用目的和要求：（1）熟练栈和队列的基本操作；（2）能够利用栈与队列进行简单的应用。

一、题目题目1.利用顺序栈和队列，实现一个栈和一个队列，并利用其判断一个字符串是否是回文。

所谓回文，是指从前向后顺读和从后向前倒读都一样的字符串。

例如，a+b&b+a等等。

题目2.假设在周末舞会上，男士们和女士们进入舞厅时，各自排成一队。

跳舞开始时，依次从男队和女队的队头上各出一人配成舞伴。

若两队初始人数不相同，则较长的那一队中未配对者等待下一轮舞曲。

现要求写一算法模拟上述舞伴配对问题，并实现。

题目3.打印机提供的网络共享打印功能采用了缓冲池技术，队列就是实现这个缓冲技术的数据结构支持。

每台打印机具有一个队列（缓冲池），用户提交打印请求被写入到队列尾，当打印机空闲时，系统读取队列中第一个请求，打印并删除之。

请利用队列的先进先出特性，完成打印机网络共享的先来先服务功能。

题目4.假设以数组Q[m]存放循环队列中的元素, 同时设置一个标志tag，以tag == 0和tag == 1来区别在队头指针(front)和队尾指针(rear)相等时，队列状态为“空”还是“满”。

试编写与此结构相应的插入(enqueue)和删除(dlqueue)算法。

题目5.利用循环链队列求解约瑟夫环问题。

请大家从本组未讨论过的五道题中选择一道，参照清华邓俊辉老师MOOC视频及课本相关知识，编写相应程序。

选择题目3：打印机提供的网络共享打印功能采用了缓冲池技术，队列就是实现这个缓冲技术的数据结构支持。

二、程序清单//Ch3.cpp #include #include #include“ch3.h” template void LinkedQueue::makeEmpty()//makeEmpty//函数的实现{ LinkNode*p;while(front!=NULL)//逐个删除队列中的结点{p=front;front=front->link;delete p;} };template bool LinkedQueue::put_in(T&x）{//提交命令函数if(front==NULL){//判断是否为空front=rear=new LinkNode;//如果为空，新结点为对头也为对尾front->data=rear->data=x;if(front==NULL)//分配结点失败return false;} else{rear->link=new LinkNode;//如不为空，在链尾加新的结点rear->link->data=x;if(rear->link==NULL)return false;rear=rear->link;} return true;};template bool LinkedQueue::carry_out()//执行命令函数 { if(IsEmpty()==true)//判断是否为空{return false;} cout<data<LinkNode*p=front;front=front->link;//删除以执行的命令，即对头修改delete p;//释放原结点return true;};void main()//主函数 { LinkedQueue q;//定义类对象char flag='Y';//标志是否输入了命令const int max=30;//一次获取输入命令的最大个数while(flag=='Y')//循环{ int i=0;char str[max];//定义存储屏幕输入的命令的数组gets(str);//获取屏幕输入的命令while(str[i]!=''){q.put_in(str[i]);//调用提交命令函数，将每个命令存入队列中i++;}for(int j=0;j<=i;j++){if(q.IsEmpty()==true)//判断是否为空，为空则说明没有可执行的命令{cout<cin>>flag;continue;//为空跳出for循环为下次输入命令做好准备}q.carry_out();//调用执行命令的函数，将命令打印并删除}三、程序调试过程中所出现的错误无。

数据结构栈和队列的应用场景数据结构是计算机领域中的核心概念之一，它是用来组织和存储数据的一种方式。

在数据结构中，栈（Stack）和队列（Queue）是两个常用的数据结构，它们都有各自的特点和适用的应用场景。

本文将介绍栈和队列的基本概念，并探讨它们在不同领域中的广泛应用。

一、栈的应用场景栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，即最后插入的数据最先被取出。

栈的应用场景较为广泛，以下是几个常见的应用场景。

1. 编辑器的撤销操作在图像编辑器、文本编辑器等应用中，撤销操作是一个常用的功能。

撤销操作需要将用户的每一步操作保存在一个栈中，当用户点击撤销按钮时，系统会从栈顶取出最后的操作进行恢复，实现了用户对编辑操作的撤销与恢复。

2. 网页浏览器中的后退功能在网页浏览器中，通过使用栈结构来实现后退功能。

每当用户访问一个新的网页时，系统会将该网页的 URL 入栈；当用户点击后退按钮时，系统会从栈顶取出上一次访问的网页 URL，然后加载该网页。

3. 函数调用的堆栈在计算机编程中，函数调用是一个常见的操作。

当一个函数被调用时，程序会将函数的返回地址和参数等信息存储在一个栈帧中，并将栈帧入栈。

当函数执行完成后，程序会从栈顶取出栈帧，返回到函数调用的上一级。

二、队列的应用场景队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，即最先插入的数据最先被取出。

队列的应用场景也非常广泛，以下是几个常见的应用场景。

1. 任务调度在操作系统中，任务调度是一个重要的功能。

操作系统通常使用队列来管理待执行的任务，每当一个任务完成时，系统会从队列中取出下一个任务进行执行。

这样可以保证任务按照顺序逐个执行，确保系统的稳定性和效率。

2. 消息队列在分布式系统和消息中间件中，消息队列被广泛应用。

消息队列可以实现不同系统之间的解耦和异步通信，发送方将消息放入队列，接收方从队列中取出消息进行处理，有效地解决了系统之间的通信和数据传输问题。

3. 广度优先搜索（BFS）在图论算法中，广度优先搜索是一种常用的算法，它需要使用队列来辅助实现。

栈和队列的应用场景栈和队列是数据结构中常见的两种基本数据结构，它们在实际生活和计算机领域中有着广泛的应用场景。

本文将从实际应用的角度出发，介绍栈和队列在不同场景下的具体应用。

### 一、栈的应用场景#### 1.1 浏览器的后退和前进功能在浏览器中，当我们访问一个网页时，浏览器会将该网页的 URL 存储在一个栈中。

当我们点击后退按钮时，浏览器会从栈顶取出上一个网页的 URL，实现后退功能；当我们点击前进按钮时，浏览器会从栈中取出下一个网页的 URL，实现前进功能。

#### 1.2 括号匹配在编程中，栈常用于检查表达式中的括号是否匹配。

当遇到左括号时，将其入栈；当遇到右括号时，将栈顶元素出栈并与右括号进行匹配。

如果匹配成功，则继续；如果匹配失败，则表达式中存在不匹配的括号。

#### 1.3 撤销操作在文本编辑器或图像处理软件中，撤销操作通常使用栈来实现。

每次编辑操作都会将编辑内容存储在栈中，当用户点击撤销按钮时，软件会从栈中取出上一个编辑操作，实现撤销功能。

### 二、队列的应用场景#### 2.1 系统任务调度在操作系统中，队列常用于实现任务调度。

操作系统会将需要执行的任务按照先来先服务的原则排入队列，然后逐个执行。

这种方式可以保证任务的顺序性和公平性。

#### 2.2 打印队列在打印机中，打印任务通常按照先后顺序排入打印队列中，然后依次执行。

这样可以避免多个打印任务同时请求打印，导致打印机发生冲突。

#### 2.3 消息队列在分布式系统中，消息队列被广泛应用于解耦和异步处理。

生产者将消息发送到队列中，消费者从队列中取出消息并进行处理，实现了生产者和消费者之间的解耦。

### 三、栈和队列的综合应用场景#### 3.1 模拟计算器在计算器的设计中，可以使用栈来实现表达式的计算。

将中缀表达式转换为后缀表达式，然后利用栈来计算后缀表达式的值，实现计算器的功能。

#### 3.2 资源分配在操作系统中，可以使用队列来实现资源的分配。

栈和队列的特点及日常生活中的应用栈和队列是两种常见的数据结构，它们在日常生活中有着广泛的应用。

栈具有先进后出（Last In First Out，简称LIFO）的特点，而队列则具有先进先出（First In First Out，简称FIFO）的特点。

下面将从两个方面来讨论栈和队列的特点及其在日常生活中的应用。

一、栈的特点及日常生活中的应用：-栈的插入和删除操作只在栈顶进行；-栈的插入操作被称为“入栈”，删除操作被称为“出栈”；-栈的结构特点决定了只能访问栈顶元素。

2.日常生活中的应用：-撤销操作：许多软件在编辑功能中都提供了“撤销”功能，这就利用了栈的特点，将操作历史记录在栈中，每次撤销时只需要出栈即可恢复上一步操作；-括号匹配：在编程中，经常需要对括号进行匹配，利用栈的特点可以方便地判断括号是否匹配，以及处理括号之间的嵌套；-网页浏览历史：浏览器提供了“后退”和“前进”的功能，实质上就是利用了栈的特点，将浏览历史记录在栈中，每次点击“后退”或“前进”时，只需要进行出栈或入栈操作即可。

二、队列的特点及日常生活中的应用：-队列的插入操作在队尾进行，删除操作在队头进行；-队列的插入操作被称为“入队”，删除操作被称为“出队”。

2.日常生活中的应用：-等待队列：日常生活中，我们经常在银行、超市等场所遇到人们排队等待的情况，这就是队列的一种应用。

先来的人先入队，后来的人先出队，保证了公平性和有序性；-打印队列：多台电脑共享一个打印机时，打印任务通常会先进入打印队列，按照FIFO的原则依次打印，这样可以保证每个任务都能得到执行；-消息传递：在多线程、多进程的编程中，往往需要通过队列来进行线程或进程间的通信，保证消息的有序传递和处理。

通过以上的讨论，我们可以看到，栈和队列在日常生活中有着广泛的应用。

它们的特点决定了它们在不同场景中的合适性，合理地利用栈和队列可以提高效率，简化操作，实现更加智能化的功能。

因此，了解栈和队列的特点及其应用，对于我们提高编程和解决问题的能力有着重要意义。