數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之棧和隊(duì)列3隊(duì)列

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之棧和隊(duì)列目錄CONTENTS引言棧隊(duì)列棧與隊(duì)列的比較棧和隊(duì)列的應(yīng)用示例01引言棧是一種后進(jìn)先出（LIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新添加或待刪除的元素都保存在同一端，稱(chēng)為棧頂。另一端則稱(chēng)為棧底。隊(duì)列是一種先進(jìn)先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新添加的元素總是保存在隊(duì)尾，而待刪除的元素則位于隊(duì)頭。什么是棧和隊(duì)列隊(duì)列（Queue）棧（Stack）在多任務(wù)系統(tǒng)中，可以使用棧來(lái)保存當(dāng)前正在處理的任務(wù)，以便按照后進(jìn)先出的順序執(zhí)行。后臺(tái)任務(wù)管理在編程中，可以使用棧來(lái)判斷輸入的括號(hào)是否匹配。括號(hào)匹配棧和隊(duì)列的應(yīng)用場(chǎng)景深度優(yōu)先搜索（DFS）：在圖算法中，可以使用棧來(lái)進(jìn)行深度優(yōu)先搜索。棧和隊(duì)列的應(yīng)用場(chǎng)景在操作系統(tǒng)中，可以使用隊(duì)列來(lái)保存待處理的任務(wù)，以便按照先進(jìn)先出的順序執(zhí)行。任務(wù)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)通信打印任務(wù)在網(wǎng)絡(luò)通信中，可以使用隊(duì)列來(lái)保存待發(fā)送或待接收的數(shù)據(jù)包。在打印任務(wù)管理中，可以使用隊(duì)列來(lái)保存待打印的文檔或作業(yè)。030201棧和隊(duì)列的應(yīng)用場(chǎng)景02棧棧具有兩個(gè)主要特性：后進(jìn)先出（LIFO）和遵循先進(jìn)后出（FILO）原則。棧中的數(shù)據(jù)只能從一端（稱(chēng)為棧頂）添加或刪除。棧是一種后進(jìn)先出（LIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容器。棧的定義和特性數(shù)組使用數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)棧是一種常見(jiàn)的方式。數(shù)組的每個(gè)元素都可以作為棧頂元素，通過(guò)索引來(lái)訪(fǎng)問(wèn)和修改棧頂元素。鏈表使用鏈表來(lái)實(shí)現(xiàn)棧也是一種可行的方式。鏈表的頭部作為棧頂元素，通過(guò)節(jié)點(diǎn)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)和修改棧頂元素。棧的實(shí)現(xiàn)方式將一個(gè)元素添加到棧頂。push（壓入）刪除并返回棧頂元素。如果棧為空，則無(wú)法執(zhí)行此操作。pop（彈出）返回棧頂元素，但不刪除它。如果棧為空，則無(wú)法執(zhí)行此操作。peek（查看棧頂元素）檢查棧是否為空。如果為空，返回true；否則返回false。isEmpty（判斷是否為空）棧的常見(jiàn)操作03隊(duì)列隊(duì)列具有以下特性隊(duì)列的頭部是隊(duì)列中最早進(jìn)入的元素，尾部是最后進(jìn)入的元素。隊(duì)列是線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種，遵循線(xiàn)性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性，如有序性、可索引性等。隊(duì)列只允許在尾部插入元素（入隊(duì)操作），在頭部刪除元素（出隊(duì)操作）。隊(duì)列是一種先進(jìn)先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)元素的集合。隊(duì)列中的元素遵循先入隊(duì)后出隊(duì)的規(guī)則。隊(duì)列的定義和特性

隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方式數(shù)組實(shí)現(xiàn)使用數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)隊(duì)列，通過(guò)維護(hù)兩個(gè)指針，一個(gè)指向隊(duì)列頭部，一個(gè)指向隊(duì)列尾部，來(lái)實(shí)現(xiàn)入隊(duì)和出隊(duì)操作。鏈表實(shí)現(xiàn)使用鏈表來(lái)實(shí)現(xiàn)隊(duì)列，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)和指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針。鏈表實(shí)現(xiàn)可以更靈活地處理動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配和元素移動(dòng)。循環(huán)數(shù)組實(shí)現(xiàn)使用循環(huán)數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)隊(duì)列，當(dāng)隊(duì)列滿(mǎn)時(shí)，頭部和尾部指針會(huì)循環(huán)回到數(shù)組的起始位置，實(shí)現(xiàn)循環(huán)隊(duì)列的效果。隊(duì)列的常見(jiàn)操作入隊(duì)操作在隊(duì)列尾部添加一個(gè)元素。在數(shù)組實(shí)現(xiàn)中，通常將尾部指針向后移動(dòng)一位；在鏈表實(shí)現(xiàn)中，創(chuàng)建一個(gè)新節(jié)點(diǎn)并連接到鏈表尾部。出隊(duì)操作刪除隊(duì)列頭部的元素并返回該元素。在數(shù)組實(shí)現(xiàn)中，通常將頭部指針向前移動(dòng)一位；在鏈表實(shí)現(xiàn)中，刪除頭部節(jié)點(diǎn)并返回其數(shù)據(jù)。判斷隊(duì)列是否為空檢查隊(duì)列頭部指針是否與尾部指針重合或頭部指針是否為空。獲取隊(duì)頭元素返回隊(duì)列頭部的元素但不刪除，主要用于查看隊(duì)首元素而不影響其他操作。04棧與隊(duì)列的比較數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式棧是后進(jìn)先出（LIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新添加或待刪除的數(shù)據(jù)都保存在同一端，稱(chēng)為棧頂；隊(duì)列是先進(jìn)先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，新添加的數(shù)據(jù)保存在一端，待刪除的數(shù)據(jù)從另一端刪除。操作方式棧的主要操作有push（入棧）、pop（出棧）和peek（查看棧頂元素）；隊(duì)列的主要操作有enqueue（入隊(duì)）、dequeue（出隊(duì)）和front（查看隊(duì)首元素）。使用場(chǎng)景棧常用于實(shí)現(xiàn)遞歸、深度優(yōu)先搜索、括號(hào)匹配等算法；隊(duì)列常用于實(shí)現(xiàn)廣度優(yōu)先搜索、多線(xiàn)程任務(wù)調(diào)度等算法。區(qū)別與聯(lián)系當(dāng)需要保存和恢復(fù)執(zhí)行上下文時(shí)，如函數(shù)調(diào)用、遞歸等；當(dāng)需要按順序執(zhí)行一系列操作，但需要逆序處理時(shí)，如括號(hào)匹配、HTML解析等。棧當(dāng)需要按順序處理任務(wù)或數(shù)據(jù)時(shí)，如任務(wù)調(diào)度、打印任務(wù)隊(duì)列等；當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)廣度優(yōu)先搜索時(shí)，如迷宮求解、圖遍歷等。隊(duì)列使用場(chǎng)景的選擇05棧和隊(duì)列的應(yīng)用示例判斷括號(hào)是否匹配總結(jié)詞棧在括號(hào)匹配問(wèn)題中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。通過(guò)使用棧，我們可以有效地檢查輸入的括號(hào)序列是否合法。當(dāng)遇到左括號(hào)時(shí)，將其壓入棧中；當(dāng)遇到右括號(hào)時(shí)，從棧頂取出一個(gè)元素進(jìn)行匹配。如果棧為空或取出的元素不匹配，則說(shuō)明輸入的括號(hào)序列不合法。詳細(xì)描述棧在括號(hào)匹配中的應(yīng)用總結(jié)詞打印任務(wù)調(diào)度詳細(xì)描述打印機(jī)的打印任務(wù)通常使用隊(duì)列來(lái)進(jìn)行調(diào)度。當(dāng)有新的打印任務(wù)到達(dá)時(shí)，將其加入隊(duì)列的末尾。打印機(jī)按照先進(jìn)先出的原則從隊(duì)列中取出任務(wù)進(jìn)行打印，確保打印任務(wù)按照順序進(jìn)行，避免了任務(wù)之間的沖突和混亂。隊(duì)列在打印機(jī)的打印任務(wù)中的應(yīng)用進(jìn)程調(diào)度與內(nèi)存管理總結(jié)詞計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中的進(jìn)程調(diào)度和內(nèi)存管理涉及到棧和隊(duì)列的應(yīng)用。操作系統(tǒng)使用棧來(lái)保存每個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行上下文，包括程序計(jì)數(shù)器、寄存器狀態(tài)等，以便在進(jìn)程切換時(shí)能夠恢復(fù)正確的執(zhí)行