1、实现顺序栈及其基本运算。 2、实现链栈及其基本运算。 3、已知Ackermann函数定义如下: (1)写出计算Ack(m,n)的递归算法,并根据此算法给出出Ack(2,1)的计算过程。 (2)借助1或2中实现的栈,实现计算Ack(m,n)的非递归算法。
时间: 2024-03-17 07:41:01 浏览: 53
好的,我明白了你的问题。下面是回答:
1、顺序栈的基本运算包括:初始化栈、判断栈是否为空、判断栈是否已满、入栈、出栈、获取栈顶元素等。下面是一个简单的顺序栈的实现(使用数组):
```
#define MAXSIZE 100 // 定义栈的最大容量
typedef int ElemType; // 定义栈元素的类型
typedef struct {
ElemType data[MAXSIZE]; // 存放栈元素的数组
int top; // 栈顶指针,指向栈顶元素的下标
} SqStack;
// 初始化栈
void InitStack(SqStack *S) {
S->top = -1; // 将栈顶指针置为-1,表示栈为空
}
// 判断栈是否为空
int StackIsEmpty(SqStack *S) {
return S->top == -1;
}
// 判断栈是否已满
int StackIsFull(SqStack *S) {
return S->top == MAXSIZE - 1;
}
// 入栈
int Push(SqStack *S, ElemType x) {
if (StackIsFull(S)) return 0; // 栈已满,入栈失败
S->top++; // 栈顶指针加1
S->data[S->top] = x; // 将元素x压入栈顶
return 1; // 入栈成功
}
// 出栈
int Pop(SqStack *S, ElemType *x) {
if (StackIsEmpty(S)) return 0; // 栈为空,出栈失败
*x = S->data[S->top]; // 取出栈顶元素
S->top--; // 栈顶指针减1
return 1; // 出栈成功
}
// 获取栈顶元素
int GetTop(SqStack *S, ElemType *x) {
if (StackIsEmpty(S)) return 0; // 栈为空,获取栈顶元素失败
*x = S->data[S->top]; // 取出栈顶元素
return 1; // 获取栈顶元素成功
}
```
2、链栈的基本运算与顺序栈类似,只是存储方式不同。下面是一个简单的链栈的实现:
```
typedef int ElemType; // 定义栈元素的类型
typedef struct StackNode {
ElemType data; // 存放栈元素的数据域
struct StackNode *next; // 指向下一个节点的指针
} StackNode, *LinkStackPtr;
typedef struct {
LinkStackPtr top; // 栈顶指针,指向栈顶节点
} LinkStack;
// 初始化栈
void InitStack(LinkStack *S) {
S->top = NULL; // 将栈顶指针置为NULL,表示栈为空
}
// 判断栈是否为空
int StackIsEmpty(LinkStack *S) {
return S->top == NULL;
}
// 入栈
int Push(LinkStack *S, ElemType x) {
LinkStackPtr p = (LinkStackPtr)malloc(sizeof(StackNode)); // 创建一个新节点
p->data = x; // 将元素x存入节点的数据域中
p->next = S->top; // 将新节点插入到栈顶
S->top = p; // 更新栈顶指针
return 1; // 入栈成功
}
// 出栈
int Pop(LinkStack *S, ElemType *x) {
if (StackIsEmpty(S)) return 0; // 栈为空,出栈失败
LinkStackPtr p = S->top; // 取出栈顶节点
*x = p->data; // 取出栈顶元素
S->top = p->next; // 更新栈顶指针
free(p); // 释放节点的内存
return 1; // 出栈成功
}
// 获取栈顶元素
int GetTop(LinkStack *S, ElemType *x) {
if (StackIsEmpty(S)) return 0; // 栈为空,获取栈顶元素失败
*x = S->top->data; // 取出栈顶元素
return 1; // 获取栈顶元素成功
}
```
3、(1) Ackermann函数是一个递归定义的函数,可以用递归算法来计算。如下是Ackermann函数的递归算法实现:
```
int Ack(int m, int n) {
if (m == 0) return n + 1;
if (n == 0) return Ack(m - 1, 1);
return Ack(m - 1, Ack(m, n - 1));
}
```
其中Ack(2,1)的计算过程如下:
```
Ack(2,1)
= Ack(1, Ack(2,0))
= Ack(1, Ack(1, Ack(2,-1)))
= Ack(1, Ack(1, Ack(1, Ack(2,-2))))
= Ack(1, Ack(1, Ack(1, Ack(1, Ack(2,-3)))))
= Ack(1, Ack(1, Ack(1, Ack(1, Ack(1, Ack(2,-4))))))
= ...
= 7
```
(2) 借助顺序栈或链栈可以实现Ackermann函数的非递归计算。具体实现方法是:将每次递归调用时的参数m和n以及递归深度d作为一个结构体元素压入栈中,然后使用循环来模拟递归的调用过程,直到栈为空为止。下面是一个使用链栈实现的非递归计算Ackermann函数的代码:
```
int AckNonRec(int m, int n) {
LinkStack S;
InitStack(&S); // 初始化栈
Push(&S, (ElemType){m, n, 0}); // 将初始参数压入栈中
while (!StackIsEmpty(&S)) {
ElemType e;
Pop(&S, &e); // 取出栈顶元素
if (e.m == 0) {
e.n += 1; // 模拟递归终止条件
} else if (e.n == 0) {
e.m -= 1;
e.n = 1; // 模拟递归调用Ack(m-1, 1)
Push(&S, e);
continue; // 跳过下面的Push操作,直接进入下一次循环
} else {
ElemType new_e = {e.m, e.n - 1, 0}; // 模拟递归调用Ack(m, n-1)
Push(&S, (ElemType){e.m - 1, 0, 0}); // 模拟递归调用Ack(m-1, ...)
Push(&S, new_e);
continue; // 跳过下面的Push操作,直接进入下一次循环
}
if (e.d == 0) return e.n; // 模拟递归返回值
ElemType top;
GetTop(&S, &top); // 获取栈顶元素
if (top.d == e.d - 1) {
top.n = e.n; // 模拟递归返回值
Pop(&S, &e); // 将原栈顶元素弹出
Push(&S, top); // 将新元素插入栈中
} else {
Push(&S, e); // 将原元素插入栈中
}
}
}
```