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数据结构与算法：Python语言描述 栈和队列 ppt课件

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《数据结构栈和队列》课件

《数据结构栈和队列》课件
在操作系统中，任务按照 优先级顺序进入队列，系 统按照队列的先进先出原 则进行任务调度。
网络通信
在网络通信中，数据包按 照到达顺序进入队列，等 待处理。
打印任务管理
打印任务按照到达顺序进 入队列，等待打印机的空 闲时间进行处理。
05
栈与队列的比较
结构比较
栈和队列是两种不同的数据结构，它们在结构上有明显的区 别。
课程目标
掌握栈和队列的基本 概念、原理和应用场 景；
能够运用栈和队列解 决实际问题和算法设 计。
理解栈和队列在解决 实际问题中的作用和 优势；
02
数据结构概述
数据结构定义
数据结构定义
数据结构是数据元素之间相互关系和数据元素属性的 抽象表示。
数据结构组成
数据元素、数据元素之间的关系和数据元素的属性。
表达式求值：例如，括号内的运算优先级高于括号外的运算，可以使用栈来保存括 号和运算符，以便正确地计算表达式的值。
深度优先搜索（DFS）：在图的遍历中，可以使用栈来保存待访问的节点，实现深 度优先搜索。
04
队列（Queue）
队列的定义
01
队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，用于存储元素的集 合。
07
总结与展望
本章总结
栈和队列是两种常见的数据结构，具有特定的操作规则和特性。
通过学习栈和队列，我们掌握了先进先出（FIFO）和后进先出（LIFO）的 原理，以及如何在程序中实现这些数据结构。
本章还介绍了栈和队列在实际问题中的应用，如括号匹配、表达式求值等 。
数据结构的发展趋势与未来展望
01
随着计算机技术的不断发展，数据结构也在不断演进
02
队列中的元素遵循先入队后出队的规则，即最早进入队列的元

数据结构-栈和队列PPT课件

数据结构-栈和队列PPT课件
初始条件：栈 S 已存在且非空。 操作结果：删除 S 的栈顶元素，并用 e 返回其值。
.
15
栈的抽象数据类型定义
StackTraverse(S, visit( )) 初始条件：栈 S 已存在且非空，visit( )为元素的访问
函数。 操作结果：从栈底到栈顶依次对S的每个元素调用函数
visit( )，一旦visit( )失败，则操作失败。 } ADT Stack
.
29
3.1.2.2 栈的静态顺序存储表示
4 弹栈(元素出栈)
Status pop( SqStack S, ElemType *e ) /*弹出栈顶元素*/ { if ( S.top==0 ) return ERROR ; /* 栈空，返回错误标志 */ *e=S.stack_array[S.top] ; S.top-- ; return OK ; }
.
11
3.1.1 栈的基本概念
2 栈的抽象数据类型定义
ADT Stack{ 数据对象：D ={ ai|ai∈ElemSet, i=1,2,…,n，n≥0 } 数据关系：R ={<ai-1, ai>|ai-1，ai∈D, i=2,3,…,n } 基本操作：初始化、进栈、出栈、取栈顶元素等
} ADT Stack
进栈（push） 出栈(pop)
top
an
⋯⋯
ai ⋯⋯
a2
bottom
a1
图3-1 顺序栈示意图
.
6
栈的示意图
入栈
• 特点
• 先进后出（FILO） 出栈 • 后进先出（LIFO）
栈顶 栈顶 栈顶
a3 a2
插入：入栈、进栈、压栈 删除：出栈、弹栈

数据结构与算法Python语言描述【共37张PPT】

数据结构与算法Python语言描述【共37张PPT】
}
// 加工型——map操作！ void TraverseList(List &L,
void (*visit)(&ElemType)){ for (i = 0; i < L.length; i++)
(*visit)(L.elem[i]); }
// 注意引用参数的使用！！！
Status GetElem(List L, int i, ElemType &e) {
线性表的顺序表示和实现
GetElem( L, i, &e ) //取线性表中第i个数据元素
初始条件：线性表L已存在。
操作结果：依次对L的每个元素调用函数visit()。
• 直接前驱、直接后继 操作结果：用e返回L中第i个元素的值。
操作结果：若cur_e是L的元素，但不是最后一个，则用next_e
for(i = 1; i <= Lb_len; i++){
• 线性表的顺序表示和实现
• 线性表的链式表示和实现
线性表的顺序表示
• 是指用一组地址连续的存储单元依次存放线性表 的数据元素
以元素在计算机内“物理位置相邻”来表示线性表中数 据元素之间的逻辑相邻
线性表的顺序表示和实现
• 是指用一组地址连续的存储单元依次存放线性表 的数据元素
设每个数据元素需占用C个存储单元 – LOC(ai) = LOC(ai-1) + C – LOC(ai) = LOC(a1) + (i-1)×C
i = 1; p = L.elem;
//在有效范围内查询 while(i <= L.length && !(*compare)(*p++, e))

数据结构栈和队列ppt课件

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》课件

《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、代码》第3章栈和队列

《数据结构课件、代码》第3章栈和队列
在Python中，可以使用列表实现栈， 通过使用`append()`方法将元素压入 栈顶，使用`pop()`方法弹出栈顶元素。
栈也可以通过链表实现，其中链表的 头部作为栈顶。
在Java中，可以使用`java.util.Stack` 类实现栈，该类继承自`Vector`类， 提供了丰富的操作方法来管理栈。
总结词
应用场景不同
详细描述
栈常用于实现函数调用、括号匹配等后进 先出的操作。而队列常用于实现任务调度 、缓冲区处理等先进先出的操作。
THANKS
感谢观看
04
栈和队列的算法复杂度分 析
算法时间复杂度分析
栈的常见操作包括push、pop和peek等，其中push和pop操 作的时间复杂度为O(1)，而peek操作的时间复杂度也为O(1)。
队列的常见操作包括enqueue、dequeue和peek等，其中 enqueue操作的时间复杂度为O(1)，dequeue操作的时间复杂 度为O(n)，n为队列中元素的个数，peek操作的时间复杂度为 O(1)。
算法空间复杂度分析
栈的空间复杂度主要取决于其存储方 式，如果使用数组实现，则空间复杂 度为O(n)，n为栈中元素的个数；如 果使用链表实现，则空间复杂度为 O(1)。
队列的空间复杂度也取决于其存储方式， 如果使用数组实现，则空间复杂度为 O(n)，n为队列中元素的个数；如果使 用链表实现，则空间复杂度为O(1)。
《数据结构课件、代 码》第3章栈和队列
目录
• 栈（Stack） • 队列（Queue） • 栈与队列的应用 • 栈和队列的算法复杂度分析 • 数据结构中的栈和队列与其他数据结构的比较
01
栈（Stack）
栈的定义
01

数据结构与算法：Python语言描述 栈和队列 ppt课件


裘宗燕，2019/12/22-/10/
栈的应用
栈是算法和程序里最常用的辅助结构，基本用途基于两方面： 用栈可以很方便地保存和取用信息，因此常作为算法或程序里的辅 助存储结构，临时保存信息，供后面的操作使用 利用栈后进先出的特点，可以得到特定的存储和取用顺序 许多实际运用结合了这两方面的特性
配对的原则
遇到的闭括号应该匹配此前遇到的最近的尚未匹配的对应开括号
由于多种/多次/可能嵌套，为检查配对，遇到的开括号必须保存
由于括号可能嵌套，需要逐对匹配，闭括号应与前面最近的尚未有 匹配的开括号匹配，后面括号应与更前面次近的括号匹配
可以删除匹配的括号，为后面的匹配做好准备
后遇到并保存的开括号应该先删除，这就是后进先出，而且要按照出现 顺序，显然应该/可以用一个栈保存开括号
概述
栈和队列保证元素存取之间的时间关系，特点是：
栈是保证缓存元素后进先出（Last In First Out，LIFO）的结构
队列是保证缓存元素的先进先出（先存者先用，First In First Out， FIFO）关系的结构
对于栈和队列，任何时候，下次访问或删除的元素都默认地唯一确定。 只有新的存入或删除（弹出）操作可能改变下次的默认元素
self._elems = [] # 所有栈操作都映射到list操作
def is_empty(self):
return self._elems == []
def top(self):
if self._elems == []:
raise StackUnderflow("in SStack.top()")
return self._elems[-1]

第三章栈和队列精品PPT课件

23 1
11
3. 栈的弹出操作
pop (&S, e) //栈 S 已存在，压入元素 e
{ if (s.top== 0)
printf("栈空下溢");
else
{
e =S.ST[s.top];
S.top - -;
}
Top
return OK;
Top
}
2021/2/20
4 3
50 2
23 1
12
栈的链式存储
使用两个栈：
栈OPTR寄存运算符
（包括（）和#）
栈OPND寄存操作数OP
2021/2/20
23
例如: #4+ 2 3 10 / 5 # +
#
4
OPTR OPND
2021/2/20
24
算符间的优先级关系
1 2 +
–
*
/ （） #
+
–
*
/
（
=
）
#
=
2021/2/20
25
例如: #4+ 2 3 10 / 5 #
d4
c3
b2
栈底
a1
top 7
栈的顺序存储
# define Maxsize 100+1
typedef struct {
s
elemtype ST[Maxsize] 栈顶
int top;
top
d4
} stack;
c3
stack S;
b2
2021/2/20
栈底
a1
top 8
栈的顺序存储
1.栈空的条件：
则实际有效的是下列两行： while (*s) putchar(*s++);

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。
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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
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数据结构和算法（Python 语言版）：栈和队列(1)
裘宗燕，2019/12/22-/5/
栈：概念
栈（stack），有的书籍里称为堆栈，是一种容器，可存入数据元素、 访问元素、删除元素。在这里没有位置的概念 栈保证任何时刻可以访问、删除的元素都是在此之前最后存入的那个 元素。因此确定了一种默认的访问顺序
数据结构和算法（Python 语言版）：栈和队列(1)
裘宗燕，2019/12/22-/7/
栈：实现
采用连续表技术实现，也会遇到连续表的各种相关问题 用简单连续表，还是采用动态连续表（分离式实现的连续表）？ 如果用简单连续表，就可能出现栈满的情况
采用动态连续表，栈存储区满时可以换一块更大的存储区。这时又 会出现置换策略问题，以及分期付款式的 O(1) 复杂性
数据结构和算法（Python 语言版）：栈和队列(1)
裘宗燕，2019/12/22-/6/
栈：特性和基本实现考虑
栈可以实现为（可以看作）只在一端插入和删除的表
因此有人（有书籍中）把栈称为后进先出（LIFO）表 进行插入或删除操作的一端称为栈顶，另一端称为栈底
用线性表技术实现栈时，由于只需要在一端操作，自然应该利用实现最 方便，而且能保证两个主要操作的效率最高的那一端
容器是一大类能保存数据元素的数据结构，它们都保证存入的元素可以 在将来取得，而被删除的元素不再存在于容器之中
栈和队列主要用于在计算过程中临时性地保存元素
这些元素是前面计算中发现或产生的中间数据，需要在后面使用
如果产生的中间数据暂时不用或者用不完，但将来可能要用到，就 有必要临时保存起来
o 最新的元素总是最后一个元素（作为栈下次应访问和删除）
ห้องสมุดไป่ตู้
数据结构和算法（Python 语言版）：栈和队列(1)
裘宗燕，2019/12/22-/4/
概述
栈和队列是计算中使用最广的缓存结构，其使用环境可以总结如下： 计算过程分为一些顺序进行的操作步骤 执行的操作时会产生一些后面可能需要用的中间数据 产生的某些数据无法立即用掉，需要保存起来以备后面使用 需要保存的数据的项数不能事先确定 这种情况下，通常就需要用一个栈或一个队列作为缓存
栈和队列是许多重要算法的基础，后面有许多实例。栈和队列的性质和 操作效率，也是许多算法设计中的关键因素
由于栈和队列在应用中的重要性，Python 的基本功能中包括了对栈的 支持（可直接用 list），标准库提供了支持队列用途的结构
下面分别讨论这两种结构的情况，包括 性质和模型；实现和问题；一些应用；一些一般性问题
栈和队列常用于生成和使用之间的缓冲，称为缓冲存储或缓存
栈和队列的操作都比较简单
最重要的就是存入元素和取出元素两个操作
还可能有另外一些辅助操作，如创建，检查，判断空/满等
数据结构和算法（Python 语言版）：栈和队列(1)
裘宗燕，2019/12/22-/2/
概述
中间数据的生成有早有晚，时间上有先后。在实际应用中，使用这些元 素也可能需要按时间顺序。有两种最典型的顺序如下： 按数据生成的顺序，后生成的数据需要先处理 按数据生成的先后顺序处理，先生成的数据先处理 如去银行办事，先到的应先得到服务，具体等待方式不重要，如 o 直接排在一个等待队列上 o 拿（顺序）号后等叫号，每次叫尚未服务的最早来的顾客
采用连续表方式实现，在后端插入删除都是 O(1) 操作（!!!） 采用链接表方式实现，在前端插入删除都是 O(1) 操作 栈通常都采用这两种技术实现
实现栈之前，先定义一个自己的异常类（Python 的内部异常是一组类， 都是 Exception 的子类，可以继承已有异常类定义自己的异常类） class StackUnderflow(ValueError): # 栈下溢（空栈访问） pass
在这两种情况下，访问（并可能删除）都按默认方式确定元素 栈和队列就是支持按这两种顺序使用元素的缓存数据结构 栈和队列存入操作只需要保证元素存入和将来取出的顺序，不记录 也不保证新存入元素与容器中已有元素之间的任何关系
数据结构和算法（Python 语言版）：栈和队列(1)
裘宗燕，2019/12/22-/3/
概述
栈和队列保证元素存取之间的时间关系，特点是：
栈是保证缓存元素后进先出（Last In First Out，LIFO）的结构
队列是保证缓存元素的先进先出（先存者先用，First In First Out， FIFO）关系的结构
对于栈和队列，任何时候，下次访问或删除的元素都默认地唯一确定。 只有新的存入或删除（弹出）操作可能改变下次的默认元素
栈和队列的性质完全是抽象的、逻辑的，对实现方式（如何实现相应时 间顺序）并没有任何约束，任何能满足要求的技术均可使用
最方便的技术是利用元素的排列顺序表示其先来后到关系，也就是 说，可以用线性表作为栈和队列的“实现结构”
例如：把元素进入实现为表的后端插入，这样
o 最老的元素总是最前面的元素（作为队列下次应访问和删除）
4，栈和队列
栈和队列的概念 数据的生成，缓存，使用和顺序 栈的实现和问题 栈应用实例 栈与递归，递归和非递归 队列的实现和问题 队列应用实例 搜索问题 相关问题
数据结构和算法（Python 语言版）：栈和队列(1)
裘宗燕，2019/12/22-/1/
概述
栈（stack）和队列（queue）是两种使用最广泛的数据结构，它们都 是保存数据元素的容器，可以将元素存入其中，或者从中取出元素使用 （查看，或弹出，即在取得元素的同时将其从容器里删除）
栈的基本操作是一个封闭集合（与表不同），通常包括： 创建空栈 判断栈是否为空（还可能需要判断满），is_empty() 向栈中插入（通常称推入/压入，push）一个元素，push(...) 从栈中删除（弹出，pop）一个元素，空栈弹出报错，pop() 取当前（最新）元素的值（并不删除），top()