《栈和队列梁》课件

《栈和队列》PPT课件$number{01}目录•栈的定义与特性•队列的定义与特性•栈与队列的区别与联系•栈和队列的实现方式•栈和队列的常见操作•栈和队列的典型问题解析01栈的定义与特性栈的定义栈是一种线性数据结构，遵循后进先出（LIFO）01原则02栈只允许在固定的一端（称为栈顶）进行插入和删除操作03栈的元素按照先进后出（FILO）的顺序排列栈的特性先进后出（FILO）栈中的元素只能从一端（栈顶）插入和删除，遵循后进先出的原则1限定性操作2栈只允许在栈顶进行插入和删除操作，不允许随意改变其他元素的位置3动态性栈的大小可以根据需要进行动态调整，可以随时添加或删除元素栈的应用场景后台处理表达式求值栈在后台处理中广泛应用，如浏览器的前栈用于存储操作数和运算符，按照运算符进/后退功能，利用栈来保存和恢复页面状的优先级进行运算，最终得到表达式的值态括号匹配深度优先搜索（DFS）通过使用栈来判断输入的括号是否匹配，利用栈实现图的深度优先遍历，从某个起从左到右依次扫描输入的括号，并使用栈始节点开始，依次访问其未被访问过的邻来存储扫描到的左括号居节点，直到所有节点都被访问过02队列的定义与特性队列的定义01队列是一种特殊的线性表，只允许在表的前端进行删除操作，在表的后端进行插入操作02队列中的元素遵循先进先出（FIFO）的原则，最早进入队列的元素将最先被删除队列的特性队列的大小是有限的，有一定的容量限制有界性队列中的元素遵循先进先出的原则，最早进入先进先出队列的元素将最先被删除队列的头部和尾部是封闭的，不允许插入和删封闭性除元素队列的应用场景任务调度在任务调度中，可以使用队列来存储待处理的任务，按照先进先出的原则进行任务调度缓存系统在缓存系统中，可以使用队列来存储缓存数据，当缓存满了之后，最早进入缓存的数据将被淘汰消息中间件在消息中间件中，可以使用队列来传递消息，保证消息的有序性和可靠性03栈与队列的区别与联系区别010203数据结构操作方式使用场景栈是后进先出（LIFO）的栈只允许在同一点插入和栈常用于实现递归、深度数据结构，而队列是先进删除数据，通常是栈顶；优先搜索等算法，而队列先出（FIFO）的数据结构而队列允许在两端进行插则常用于实现广度优先搜入和删除操作索、缓冲区处理等算法联系数据元素性能在某些情况下，栈和队列的性能可能栈和队列都是线性数据结构，由数据会相互影响，例如在实现某些算法时，元素组成可能会利用到栈和队列的特性来提高算法的效率操作限制无论是栈还是队列，插入和删除操作都有一定的限制，即栈只能在同一端进行操作，而队列只能在两端进行操作适用场景选择栈当需要保存最近添加或删除的元素时，可以使用栈例如浏览器的后退/前进功能、括号匹配问题等队列当需要按照元素添加的顺序进行操作时，可以使用队列例如打印机的打印任务管理、操作系统中的任务调度等04栈和队列的实现方式数组实现总结词简单、高效详细描述使用数组来实现栈和队列是一种常见的方法由于数组的随机访问特性，这种实现方式在某些操作上具有较高的效率，例如在队列的出队操作中，可以直接访问队首元素并删除，时间复杂度为O1数组实现总结词空间利用率低详细描述使用数组实现栈和队列时，需要预先分配固定大小的内存空间如果实际数据量较小，会造成空间浪费此外，当数据量超过数组大小后，需要重新分配更大的数组并复制数据，这会增加额外的开销链表实现总结词空间利用率高、动态扩展详细描述链表实现栈和队列可以动态地扩展和收缩，不需要预先分配固定大小的内存空间当数据量较小时，链表实现可以节省空间；当数据量超过链表长度时，可以动态地添加节点以满足需求链表实现总结词操作效率较低详细描述相对于数组实现，链表实现的操作效率较低例如，在链表实现的队列中，出队操作需要从队尾开始遍历找到队首元素，时间复杂度为On此外，链表需要进行节点创建和销毁等操作，这也增加了额外的开销对比分析总结词适用场景不同详细描述数组实现和链表实现各有优缺点，适用于不同的场景如果对空间利用率要求不高，且对操作效率要求较高，可以使用数组实现；如果对空间利用率要求较高，且对操作效率要求不高，可以使用链表实现对比分析总结词根据需求选择详细描述在实际应用中，应根据具体需求选择合适的实现方式例如，如果需要频繁进行入队、出队等操作，且数据量较大，可以考虑使用链表实现；如果对操作效率要求较高，且数据量较小，可以考虑使用数组实现05栈和队列的常见操作栈的常见操作判断栈是否为空（IsEmpty）弹栈（Pop）删除栈顶元素并检查栈是否为空返回其值0504030201判断栈是否已满（IsFull）对于查看栈顶（Peek）查看栈顶元压栈（Push）将一个元素添加固定大小的栈，判断是否已满素但不删除到栈顶队列的常见操作入队（Enqueue）在队列尾部添加一个元素01出队（Dequeue）删除队查看队首（Front）查看队列头部元素并返回其值列头部元素但不删除0203判断队列是否已满（IsFull）判断队列是否为空0405对于固定大小的队列，判断（IsEmpty）检查队列是是否已满否为空操作的时间复杂度分析栈的压栈和弹栈操作通常在O1时间内完成，因为它们只涉及到固定数量的元素移动队列的入队和出队操作通常在O1时间内完成，但当使用链表实现时，入队和出队操作可能需要On时间，其中n是队列的大小06栈和队列的典型问题解析栈的典型问题解析栈溢出当栈满时，如果继续压入元素，会导致栈溢出栈元素丢失如果程序出现异常或中断，可能栈下溢会导致栈中元素丢失当栈为空时，如果继续弹栈元素，会导致栈下溢栈元素重复如果程序逻辑错误，可能会导致相同元素重复压入或弹出一个栈队列的典型问题解析队列溢出队列下溢队列元素丢失当队列满时，如果继续当队列为空时，如果继如果程序出现异常或中入队元素，会导致队列续出队元素，会导致队断，可能会导致队列中溢出列下溢元素丢失问题解决策略总结针对栈和队列的溢出问题，应合对于栈和队列的元素丢失问题，对于栈和队列的元素重复问题，理设置栈和队列的大小，避免因应采取适当的错误处理机制，确应加强程序逻辑的正确性，避免超出容量而导致的溢出问题保程序在异常情况下能够正确处因逻辑错误导致相同元素的重复理栈和队列中的数据操作THANKS。