数据结构(C语言版)3 栈和队列

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。

head 第3章 栈和队列 自测卷答案 姓名 班级一、填空题〔每空1分，共15分〕1. 【李春葆】向量、栈和队列都是 线性 构造，可以在向量的 任何 位置插入和删除元素；对于栈只能在 栈顶 插入和删除元素；对于队列只能在 队尾 插入和 队首 删除元素。

2. 栈是一种特殊的线性表，允许插入和删除运算的一端称为 栈顶 。

不允许插入和删除运算的一端称为 栈底 。

3. 队列 是被限定为只能在表的一端进展插入运算，在表的另一端进展删除运算的线性表。

4. 在一个循环队列中，队首指针指向队首元素的 前一个 位置。

5. 在具有n 个单元的循环队列中，队满时共有 n-1 个元素。

6. 向栈中压入元素的操作是先 挪动栈顶指针 ，后 存入元素 。

7. 从循环队列中删除一个元素时，其操作是 先 挪动队首指针 ，后 取出元素 。

8. 〖00年统考题〗带表头结点的空循环双向链表的长度等于 0 。

解：二、判断正误〔判断以下概念的正确性，并作出简要的说明。

〕〔每题1分，共10分〕 〔 × 〕1. 线性表的每个结点只能是一个简单类型，而链表的每个结点可以是一个复杂类型。

错，线性表是逻辑构造概念，可以顺序存储或链式存储，与元素数据类型无关。

〔 × 〕2. 在表构造中最常用的是线性表，栈和队列不太常用。

错，不一定吧？调用子程序或函数常用，CPU 中也用队列。

〔 √ 〕3. 栈是一种对所有插入、删除操作限于在表的一端进展的线性表，是一种后进先出型构造。

〔 √ 〕4. 对于不同的使用者，一个表构造既可以是栈，也可以是队列，也可以是线性表。

正确，都是线性逻辑构造，栈和队列其实是特殊的线性表，对运算的定义略有不同而已。

〔 × 〕5. 栈和链表是两种不同的数据构造。

错，栈是逻辑构造的概念，是特殊殊线性表，而链表是存储构造概念，二者不是同类项。

〔 × 〕6. 栈和队列是一种非线性数据构造。

错，他们都是线性逻辑构造，栈和队列其实是特殊的线性表，对运算的定义略有不同而已。

数据结构(c语言版)第三版习题解答数据结构（C语言版）第三版习题解答1. 栈(Stack)1.1 栈的基本操作栈是一种具有特定限制的线性表，它只允许在表的一端进行插入和删除操作。

栈的基本操作有：（1）初始化栈（2）判断栈是否为空（3）将元素入栈（4）将栈顶元素出栈（5）获取栈顶元素但不出栈1.2 栈的实现栈可以使用数组或链表来实现。

以数组为例，声明一个栈结构如下：```c#define MAX_SIZE 100typedef struct {int data[MAX_SIZE]; // 存储栈中的元素int top; // 栈顶指针} Stack;```1.3 栈的应用栈在计算机科学中有广泛的应用，例如计算表达式的值、实现函数调用等。

下面是一些常见的栈应用：（1）括号匹配：使用栈可以检查一个表达式中的括号是否匹配。

（2）中缀表达式转后缀表达式：栈可以帮助我们将中缀表达式转换为后缀表达式，便于计算。

（3）计算后缀表达式：使用栈可以方便地计算后缀表达式的值。

2. 队列(Queue)2.1 队列的基本操作队列是一种按照先进先出（FIFO）原则的线性表，常用的操作有：（1）初始化队列（2）判断队列是否为空（3）将元素入队（4）将队头元素出队（5）获取队头元素但不出队2.2 队列的实现队列的实现一般有循环数组和链表两种方式。

以循环数组为例，声明一个队列结构如下：```c#define MAX_SIZE 100typedef struct {int data[MAX_SIZE]; // 存储队列中的元素int front; // 队头指针int rear; // 队尾指针} Queue;```2.3 队列的应用队列在计算机科学中也有广泛的应用，例如多线程任务调度、缓存管理等。

下面是一些常见的队列应用：（1）广度优先搜索：使用队列可以方便地实现广度优先搜索算法，用于解决图和树的遍历问题。

（2）生产者-消费者模型：队列可以用于实现生产者和消费者之间的数据传输，提高系统的并发性能。

算法与数据结构C语⾔版课后习题答案（机械⼯业出版社）第3,4章习题参考答案第3章栈和队列⼀、基础知识题3.1有五个数依次进栈：1，2，3，4，5。

在各种出栈的序列中，以3，4先出的序列有哪⼏个。

（３在４之前出栈）。

【解答】34215 ，34251，345213.2铁路进⾏列车调度时，常把站台设计成栈式结构，若进站的六辆列车顺序为：1，2，3，4，5，6，那么是否能够得到435612， 325641， 154623和135426的出站序列，如果不能，说明为什么不能；如果能，说明如何得到(即写出"进栈"或"出栈"的序列)。

【解答】输⼊序列为123456，不能得出435612和154623。

不能得到435612的理由是，输出序列最后两元素是12，前⾯4个元素（4356）得到后，栈中元素剩12，且2在栈顶，不可能让栈底元素1在栈顶元素2之前出栈。

不能得到154623的理由类似，当栈中元素只剩23，且3在栈顶，2不可能先于3出栈。

得到325641的过程如下：1 2 3顺序⼊栈，32出栈，得到部分输出序列32；然后45⼊栈，5出栈，部分输出序列变为325；接着6⼊栈并退栈，部分输出序列变为3256；最后41退栈，得最终结果325641。

得到135426的过程如下：1⼊栈并出栈，得到部分输出序列1；然后2和3⼊栈，3出栈，部分输出序列变为13；接着4和5⼊栈，5，4和2依次出栈，部分输出序列变为13542；最后6⼊栈并退栈，得最终结果135426。

3.3若⽤⼀个⼤⼩为6的数组来实现循环队列，且当前rear和front的值分别为0和3，当从队列中删除⼀个元素，再加⼊两个元素后，rear和front的值分别为多少？【解答】2和43.4设栈S和队列Q的初始状态为空，元素e1，e2，e3，e4，e5和e6依次通过栈S，⼀个元素出栈后即进队列Q，若6个元素出队的序列是e3，e5，e4，e6，e2，e1，则栈S的容量⾄少应该是多少？【解答】43.5循环队列的优点是什么，如何判断“空”和“满”。

数据结构（C语言版）（第2版）课后习题答案李冬梅2015.3第1 绪论 (1)第2线性表 (5)第3栈和队列 14 第4串、数组和广义表 27 第5树和二叉树 34 第 6 图 (43)第7 查找 (55)第8 排序 (66)第 1 章绪论1．简述下列概念：数据、数据元素、数据项、数据对象、数据结构、逻辑结构、存储结构、抽象数据类型。

答案：数据：是客观事物的符号表示，指所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的总称。

如数学计算中用到的整数和实数，文本编辑所用到的字符串，多媒体程序处理的图形、图像、声音、动画等通过特殊编码定义后的数据。

数据元素：是数据的基本单位，在计算机中通常作为一个整体进行考虑和处理。

在有些情况下，数据元素也称为元素、结点、记录等。

数据元素用于完整地描述一个对象，如一个学生记录，树中棋盘的一个格局（状态）、图中的一个顶点等。

数据项：是组成数据元素的、有独立含义的、不可分割的最小单位。

例如，学生基本信息表中的学号、姓名、性别等都是数据项。

数据对象：是性质相同的数据元素的集合，是数据的一个子集。

例如：整数数据对象是集合N={0 ，± 1 ，±2，⋯}，字母字符数据对象是集合C={ ‘ A’，‘ B’，⋯，‘ Z’，‘ a’，‘ b ’，⋯，‘z’ } ，学生基本信息表也可是一个数据对象。

数据结构：是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。

换句话说，数据结构是带“结构”的数据元素的集合，“结构”就是指数据元素之间存在的关系。

逻辑结构：从逻辑关系上描述数据，它与数据的存储无关，是独立于计算机的。

因此，数据的逻辑结构可以看作是从具体问题抽象出来的数学模型。

存储结构：数据对象在计算机中的存储表示，也称为物理结构。

抽象数据类型：由用户定义的，表示应用问题的数学模型，以及定义在这个模型上的一组操作的总称。

具体包括三部分：数据对象、数据对象上关系的集合和对数据对象的基本操作的集合。

栈和队列区别及应用场景栈（Stack）和队列（Queue）是两种常见的数据结构，它们在计算机科学领域有广泛的应用。

本文将从定义、特点和基本操作等方面详细介绍栈和队列的区别，并分析它们各自的应用场景。

一、栈的定义及特点：栈是一种线性数据结构，其特点是“先进后出”（Last In First Out，LIFO）。

即在栈中最后一个进入的元素，也是第一个出栈的元素。

栈的基本操作包括入栈和出栈。

入栈（Push）是将一个元素追加到栈的顶部，出栈（Pop）是将栈顶元素移除。

栈的应用场景：1.函数调用：在函数调用时，每遇到一个新的函数调用就将当前的上下文（包括局部变量和返回地址）压入栈中，当函数调用完毕后，再弹出栈顶元素，恢复上一个函数的上下文。

2.表达式求值：栈可以用于进行中缀表达式到后缀表达式的转换，并通过栈来计算后缀表达式的值。

3.递归：递归算法的实现中通常会使用栈来保存递归调用的上下文。

4.撤销操作：在很多应用程序中，比如文本编辑器和图像处理软件中，通过栈来存储用户操作，以便可以撤销之前的操作。

5.浏览器历史记录：浏览器通常使用栈来实现历史记录的功能，每当用户浏览一个新的页面时，就将该页面的URL入栈，当用户点击后退按钮时，再依次出栈。

6.二叉树的遍历：用栈可以实现二叉树的深度优先遍历，具体的实现是使用非递归的方式进行前序、中序、后序遍历。

二、队列的定义及特点：队列也是一种线性数据结构，其特点是“先进先出”（First In First Out，FIFO）。

即在队列中最先进入的元素，也是第一个出队列的元素。

队列的基本操作包括入队和出队。

入队（Enqueue）是将元素放入队列的尾部，出队（Dequeue）是将队列的头部元素移除。

队列的应用场景：1.广度优先搜索：在图论中，广度优先搜索（Breadth First Search，BFS）通常会使用队列来实现，按照层次的顺序进行搜索。

2.缓冲区：队列可以用作缓冲区，在生产者和消费者模型中，生产者将数据放入队列的尾部，消费者从队列的头部取出数据进行处理。