《棧和隊(duì)列補(bǔ)充》課件VIP

《棧和隊(duì)列補(bǔ)充》課程目標(biāo)棧和隊(duì)列定義和特點(diǎn)深入理解棧和隊(duì)列的基本概念，以及它們?cè)跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的重要性。基本操作和實(shí)現(xiàn)掌握棧和隊(duì)列的基本操作，包括入棧、出棧、入隊(duì)、出隊(duì)，以及它們的實(shí)現(xiàn)方式。應(yīng)用場(chǎng)景和典型案例通過實(shí)際案例，了解棧和隊(duì)列在各種場(chǎng)景中的應(yīng)用，例如表達(dá)式求值、函數(shù)調(diào)用、任務(wù)調(diào)度等。棧和隊(duì)列簡(jiǎn)介棧和隊(duì)列是兩種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在計(jì)算機(jī)科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。它們都是線性結(jié)構(gòu)，但它們?cè)谠氐奶砑雍蛣h除方式上有所不同。棧遵循“后進(jìn)先出”的原則，而隊(duì)列遵循“先進(jìn)先出”的原則。棧的定義和特點(diǎn)后進(jìn)先出(LIFO)棧是一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，遵循后進(jìn)先出的原則，即最后插入的元素第一個(gè)被取出。單端操作棧只能在棧頂進(jìn)行元素的插入(入棧)和刪除(出棧)操作。應(yīng)用廣泛棧在函數(shù)調(diào)用、表達(dá)式求值、瀏覽器歷史記錄等方面都有廣泛的應(yīng)用。棧的基本操作入棧(push)將一個(gè)元素添加到棧頂出棧(pop)從棧頂刪除一個(gè)元素獲取棧頂元素(top)獲取棧頂元素，但不刪除它判斷棧是否為空(empty)檢查棧是否為空棧的實(shí)現(xiàn)方式數(shù)組實(shí)現(xiàn)使用數(shù)組來存儲(chǔ)棧元素，棧頂指針指向數(shù)組末尾，入棧操作為在數(shù)組末尾添加元素，出棧操作為刪除數(shù)組末尾元素。鏈表實(shí)現(xiàn)使用鏈表來存儲(chǔ)棧元素，棧頂指針指向鏈表頭部，入棧操作為在鏈表頭部插入元素，出棧操作為刪除鏈表頭部元素。棧應(yīng)用示例1:表達(dá)式求值11.掃描表達(dá)式從左到右掃描表達(dá)式，將數(shù)字和運(yùn)算符分別壓入數(shù)字棧和運(yùn)算符棧。22.處理運(yùn)算符遇到運(yùn)算符時(shí)，根據(jù)運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)，彈出運(yùn)算符棧頂?shù)倪\(yùn)算符進(jìn)行計(jì)算，并將結(jié)果壓入數(shù)字棧。33.計(jì)算最終結(jié)果當(dāng)表達(dá)式掃描完畢后，數(shù)字棧頂即為表達(dá)式的最終結(jié)果。棧應(yīng)用示例2:函數(shù)調(diào)用1返回地址保存當(dāng)前函數(shù)執(zhí)行完后的下一條指令地址2局部變量存儲(chǔ)函數(shù)內(nèi)部使用的臨時(shí)變量3函數(shù)參數(shù)傳遞給函數(shù)的輸入值隊(duì)列的定義和特點(diǎn)先進(jìn)先出(FIFO)隊(duì)列遵循先進(jìn)先出的原則，即最先進(jìn)入隊(duì)列的元素最先被取出。線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隊(duì)列是一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，元素之間按順序排列，每個(gè)元素都有一個(gè)前驅(qū)和后繼?；静僮魅腙?duì)(Enqueue)出隊(duì)(Dequeue)獲取隊(duì)頭(Front)獲取隊(duì)尾(Rear)隊(duì)列的基本操作1入隊(duì)將元素添加到隊(duì)列的尾部2出隊(duì)從隊(duì)列的頭部移除元素3取隊(duì)頭元素返回隊(duì)列頭部的元素，但不移除元素4判斷隊(duì)列是否為空檢查隊(duì)列是否為空隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方式數(shù)組使用數(shù)組實(shí)現(xiàn)隊(duì)列，可以利用數(shù)組的連續(xù)存儲(chǔ)特性，方便地訪問元素。鏈表使用鏈表實(shí)現(xiàn)隊(duì)列，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整隊(duì)列大小，避免數(shù)組的固定容量限制。隊(duì)列應(yīng)用示例1:任務(wù)調(diào)度1任務(wù)隊(duì)列任務(wù)被添加到隊(duì)列中，等待執(zhí)行。2調(diào)度器從隊(duì)列中取出任務(wù)并分配給可用的資源。3執(zhí)行任務(wù)在分配的資源上執(zhí)行。任務(wù)調(diào)度器使用隊(duì)列來管理任務(wù)的執(zhí)行順序，確保任務(wù)按照先到先服務(wù)的順序執(zhí)行。隊(duì)列應(yīng)用示例2:廣度優(yōu)先搜索圖的遍歷廣度優(yōu)先搜索(BFS)是一種用于圖遍歷的算法，它從圖中某個(gè)節(jié)點(diǎn)開始，逐層訪問其相鄰節(jié)點(diǎn)。隊(duì)列的作用隊(duì)列用于存儲(chǔ)待訪問節(jié)點(diǎn)，保證節(jié)點(diǎn)按照層次順序進(jìn)行訪問，從而實(shí)現(xiàn)廣度優(yōu)先遍歷。應(yīng)用場(chǎng)景BFS廣泛應(yīng)用于路徑搜索、最短路徑問題和圖的連通性判斷等。棧和隊(duì)列的時(shí)間復(fù)雜度分析棧和隊(duì)列的基本操作通常具有恒定的時(shí)間復(fù)雜度，表示操作所需時(shí)間與數(shù)據(jù)規(guī)模無關(guān)。棧和隊(duì)列的空間復(fù)雜度分析O(n)空間復(fù)雜度棧和隊(duì)列的空間復(fù)雜度通常與元素?cái)?shù)量成正比。O(1)平均情況在大多數(shù)情況下，它們的空間復(fù)雜度是常數(shù)級(jí)別的。O(n)最壞情況在極端情況下，它們的空間復(fù)雜度可能與元素?cái)?shù)量成正比。棧和隊(duì)列的特點(diǎn)對(duì)比1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)棧和隊(duì)列都是線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但它們?cè)跀?shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問方式上有所不同。2操作棧遵循“后進(jìn)先出(LIFO)”原則，而隊(duì)列遵循“先進(jìn)先出(FIFO)”原則。3應(yīng)用場(chǎng)景棧適用于函數(shù)調(diào)用、表達(dá)式求值等，而隊(duì)列適用于任務(wù)調(diào)度、廣度優(yōu)先搜索等。棧和隊(duì)列的應(yīng)用場(chǎng)景分析程序設(shè)計(jì)棧和隊(duì)列在程序設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，例如函數(shù)調(diào)用、表達(dá)式求值、回溯算法、遞歸算法等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)棧和隊(duì)列是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，在各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法中發(fā)揮重要作用，例如樹、圖、排序、查找等。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)使用棧和隊(duì)列來管理進(jìn)程、線程、內(nèi)存、中斷、設(shè)備驅(qū)動(dòng)等。棧和隊(duì)列的常見問題空?；蚩贞?duì)列如何判斷棧或隊(duì)列是否為空，以及如何處理空棧或空隊(duì)列的情況？溢出或下溢如何避免?；蜿?duì)列溢出，以及如何處理?xiàng)；蜿?duì)列下溢的情況？循環(huán)隊(duì)列如何實(shí)現(xiàn)循環(huán)隊(duì)列，以及如何處理循環(huán)隊(duì)列中的邊界問題？棧和隊(duì)列的拓展形式雙端隊(duì)列允許在兩端進(jìn)行插入和刪除操作,結(jié)合了棧和隊(duì)列的特性。優(yōu)先級(jí)隊(duì)列元素按照優(yōu)先級(jí)排序,優(yōu)先級(jí)高的元素先出隊(duì),廣泛用于任務(wù)調(diào)度和事件處理。循環(huán)隊(duì)列隊(duì)列的存儲(chǔ)空間是循環(huán)的,提高空間利用率,避免邊界溢出問題。棧和隊(duì)列的經(jīng)典算法題目括號(hào)匹配滑動(dòng)窗口最大值用棧實(shí)現(xiàn)隊(duì)列用隊(duì)列實(shí)現(xiàn)棧棧和隊(duì)列的算法題目講解1深入理解概念通過解決問題鞏固對(duì)棧和隊(duì)列的理解2提高代碼能力運(yùn)用棧和隊(duì)列實(shí)現(xiàn)算法3拓展思維方式學(xué)習(xí)解題技巧和策略棧和隊(duì)列的應(yīng)用綜合案例1瀏覽器歷史記錄使用棧實(shí)現(xiàn)瀏覽器歷史記錄功能，用戶可以輕松地后退或前進(jìn)到之前訪問的網(wǎng)頁。2文本編輯器撤銷和重做使用棧實(shí)現(xiàn)文本編輯器的撤銷和重做功能，用戶可以方便地撤銷或重做之前的操作。3操作系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)度使用隊(duì)列實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度功能，將所有等待執(zhí)行的進(jìn)程按順序放入隊(duì)列，并按順序調(diào)度執(zhí)行。本章小結(jié)棧和隊(duì)列本章介紹了棧和隊(duì)列的概念，包括定義、特點(diǎn)、基本操作、實(shí)現(xiàn)方式以及應(yīng)用場(chǎng)景。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)棧和隊(duì)列作為重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在計(jì)算機(jī)科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。算法本章還探討了與棧和隊(duì)列相關(guān)的經(jīng)典算法題目，并講解了解題思路。思考題和練習(xí)1棧和隊(duì)列的區(qū)別解釋棧和隊(duì)列在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、訪問方式和典型應(yīng)用場(chǎng)景方面的區(qū)別。2棧和隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)描述用數(shù)組和鏈表實(shí)現(xiàn)棧和隊(duì)列的優(yōu)缺點(diǎn)，以及各自的應(yīng)用場(chǎng)景。3棧和隊(duì)列的應(yīng)用舉例說明棧和隊(duì)列在計(jì)算機(jī)科學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用，例如表達(dá)式求值、函數(shù)調(diào)用和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的遍歷。參考資料和擴(kuò)展閱讀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法深入了解棧和隊(duì)列的底層原理和應(yīng)用場(chǎng)景。編程語言文檔學(xué)習(xí)不同編程語言中棧和隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方式和使用方法。在線課程平臺(tái)探索與棧和隊(duì)列相關(guān)的優(yōu)質(zhì)課程和學(xué)習(xí)資源。答疑和交流課后有任何問題，歡迎隨時(shí)與老師或助教交流，共同探討學(xué)習(xí)中的困惑，促進(jìn)理解和掌握。下一步學(xué)習(xí)計(jì)劃深入學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例如樹、圖等更復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，了解其基本概念、實(shí)現(xiàn)方式和應(yīng)用場(chǎng)景。學(xué)習(xí)算法掌握常見算法，如排序算法、搜索算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等，并能運(yùn)用到實(shí)際問