栈和队列的定义、存储结构和运算规则,以及栈的基本操作和顺序栈、链式栈的概念与应用
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更新于2024-02-01
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栈和队列是常用的数据结构,在计算机科学中有广泛的应用。栈和队列都是线性表的扩展形式,可以在表的一端进行插入和删除操作,但是具有一些特定的规则和限制。
栈是一种具有后进先出(Last In First Out,LIFO)特性的数据结构。栈的内部逻辑结构是一对一的关系,可以通过顺序存储或链式存储来实现。栈只能在栈顶进行插入和删除操作,即只能在栈顶进行压入(入栈)和弹出(出栈)元素。栈还有一些基本操作,包括建栈,判断栈是否满或者为空,取栈顶元素的值等。
顺序栈是一种通过一组地址连续的存储单元实现的栈。顺序栈中的数据元素按照从栈底到栈顶的顺序依次存放。在顺序栈中,压入操作和弹出操作的时间复杂度都是O(1)。然而,顺序栈需要额外的判断栈的下溢和上溢,即判断栈是否为空或者已满。
链式栈是一种通过链式存储结构实现的栈。链式栈与单链表类似,链表的尾部作为栈底,链表的头部作为栈顶。链式栈相比顺序栈,不需要额外的判断栈的下溢和上溢,但是在插入和删除操作中需要更多的指针操作,因此运行效率相对较低。
栈的应用之一是运算符优先数法。在数学表达式求值过程中,栈可以用来存储运算符和操作数。运算符优先数法通过比较运算符的优先级来确定运算的先后顺序。例如,对于表达式"1 + 2 * 4 - 9 / 3",可以使用栈来求值。首先,将表达式中的运算符和操作数依次入栈,从左到右进行扫描。当遇到乘法或除法的运算符时,可以从栈中弹出一个操作数,并弹出栈顶的运算符进行运算。最后,栈中剩余的运算符和操作数可以按照从左到右的顺序依次弹出并计算得到最终结果。
在实际应用中,除了运算符优先数法,栈还可以用于其他问题的解决。例如,可以用栈来实现网页浏览器的"后退"功能,用栈来解决迷宫问题,以及用栈来实现函数调用的"调用栈"等。栈的特点和操作使其成为一种非常有用的数据结构。
综上所述,栈和队列是重要的数据结构,具有一对一的关系存储结构和特定的运算规则。栈具有后进先出的特性,可以通过顺序存储或链式存储实现。栈的应用包括运算符优先数法和其他实际问题的解决。栈在计算机科学中有着广泛的应用,是非常有用的数据结构之一。
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BellWang
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