C语言数据结构(大话数据结构——笔记2)第四章:栈与队列
文章目录
- 第四章:栈与队列(115)
- 栈顶与栈底,空栈,后进先出 Last in first out(LIFO结构)(117)
- 进栈、压栈、入栈:栈的插入操作;出栈、弹栈:栈的删除操作(118)
- push、pop,压栈和弹栈(进栈和出栈 )(119)
- 栈的顺序存储结构:顺序栈(数组实现)(120)
- 两栈共享空间(122)
- 栈的链式存储结构(链栈)(125)
- 栈的链式存储结构——进栈push操作:(126)
- 栈的链式存储结构——出栈pop操作:(127)
- 顺序栈和链栈的优缺点:(128)
- 栈的作用:简化了程序设计的问题,划分了不同关注层次,使得思考范围缩小,更加聚焦于我们要解决的问题核心。(128)
- 栈的应用:递归(128)
- 斐波那契数列实现(129)
- 传统迭代方法
- 递归算法
- 递归函数的定义(131)
- 递归与迭代的区别(132)
- 栈在递归操作中的作用(132)
- 栈的应用——四则运算表达式求值(132)
- 后缀(逆波兰)(reverse polish notation, RPN)表示法(133)
- 后缀表达式(133)
- 中缀表达式(标准四则运算表达式)转后缀表达式(136)
- 队列的定义(139)
- 队列的抽象数据类型(140)
- 循环队列(顺序存储结构)(140)
- 队列顺序存储的缺点(140)
- front与rear指针(141)
- 假溢出的概念(142)
- 循环队列定义(142)
- 如何判断循环队列是空还是满?(143)
- 通用计算队列长度公式(144)
- 循环队列顺序存储结构代码(144)
- 顺序存储结构循环队列缺点:可能会溢出(145)
- 队列的链式存储结构及实现(其实就是线性表的单链表修改版,只能尾进头出)(链队列)(145)
- 队列的链式存储结构——入队操作
- 队列的链式存储结构——出队操作
- (顺序存储结构)循环队列与链队列的对比(链队列每次malloc申请和释放结点也会存在一定的时间开销)(148)
- 栈与队列总结(149)
- 本章配套代码
- 顺序栈
- 两栈共享空间
- 链栈
- 斐波那契函数
- 顺序队列
- 链队列
第四章:栈与队列(115)
栈顶与栈底,空栈,后进先出 Last in first out(LIFO结构)(117)
进栈、压栈、入栈:栈的插入操作;出栈、弹栈:栈的删除操作(118)
push、pop,压栈和弹栈(进栈和出栈 )(119)
栈的顺序存储结构:顺序栈(数组实现)(120)
两栈共享空间(122)
最好是相同的数据类型共享(124)
栈的链式存储结构(链栈)(125)
链栈不需要头结点(创建一个栈链结构,结构中包含指向栈顶top的指针和结点数量)
栈的链式存储结构——进栈push操作:(126)
栈的链式存储结构——出栈pop操作:(127)
顺序栈和链栈的优缺点:(128)
栈的作用:简化了程序设计的问题,划分了不同关注层次,使得思考范围缩小,更加聚焦于我们要解决的问题核心。(128)
栈的应用:递归(128)
斐波那契数列实现(129)
斐波那契数列:前面两项之和,构成了后一项
传统迭代方法
递归算法
递归函数的定义(131)
一个直接调用自己,或通过一系列的调用语句间接地调用自己的函数,称为递归函数
递归与迭代的区别(132)
栈在递归操作中的作用(132)
栈的应用——四则运算表达式求值(132)
后缀(逆波兰)(reverse polish notation, RPN)表示法(133)
后缀表达式(133)
中缀表达式(标准四则运算表达式)转后缀表达式(136)
队列的定义(139)
队列(queue)是只允许在一端进行插入操作,而在另一端进行删除操作的线性表
先进先出(first in first out, FIFO),允许插入的一端称为队尾,允许删除的一端称为队头
队列的抽象数据类型(140)
循环队列(顺序存储结构)(140)
队列顺序存储的缺点(140)
出队时间复杂度高(O(n))
front与rear指针(141)
假溢出的概念(142)
不循环所存在的问题:后面满了,但前面空着,不会把元素加到前面
循环队列定义(142)
头尾相接的顺序存储结构
如何判断循环队列是空还是满?(143)
假设队列的最大尺寸是QueueSize,则队列满的条件是(rear + 1)% QueueSize == front
,%为取模符号
通用计算队列长度公式(144)
(rear - front + QueueSize)% QueueSize
循环队列顺序存储结构代码(144)
顺序存储结构循环队列缺点:可能会溢出(145)
队列的链式存储结构及实现(其实就是线性表的单链表修改版,只能尾进头出)(链队列)(145)
队头指针指向队列头结点,队尾指针指向终端结点
队列的链式存储结构——入队操作
入队操作:在链表尾部插入结点
队列的链式存储结构——出队操作
(顺序存储结构)循环队列与链队列的对比(链队列每次malloc申请和释放结点也会存在一定的时间开销)(148)
栈与队列总结(149)
本章配套代码
顺序栈
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "io.h"
#include "math.h"
#include "time.h"#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */typedef int Status;
typedef int SElemType; /* SElemType类型根据实际情况而定,这里假设为int *//* 顺序栈结构 */
typedef struct
{SElemType data[MAXSIZE];int top; /* 用于栈顶指针 */
}SqStack;Status visit(SElemType c)
{printf("%d ",c);return OK;
}/* 构造一个空栈S */
Status InitStack(SqStack *S)
{ /* S.data=(SElemType *)malloc(MAXSIZE*sizeof(SElemType)); */S->top=-1;return OK;
}/* 把S置为空栈 */
Status ClearStack(SqStack *S)
{ S->top=-1;return OK;
}/* 若栈S为空栈,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status StackEmpty(SqStack S)
{ if (S.top==-1)return TRUE;elsereturn FALSE;
}/* 返回S的元素个数,即栈的长度 */
int StackLength(SqStack S)
{ return S.top+1;
}/* 若栈不空,则用e返回S的栈顶元素,并返回OK;否则返回ERROR */
Status GetTop(SqStack S,SElemType *e)
{if (S.top==-1)return ERROR;else*e=S.data[S.top];return OK;
}/* 插入元素e为新的栈顶元素 */
Status Push(SqStack *S,SElemType e)
{if(S->top == MAXSIZE -1) /* 栈满 */{return ERROR;}S->top++; /* 栈顶指针增加一 */S->data[S->top]=e; /* 将新插入元素赋值给栈顶空间 */return OK;
}/* 若栈不空,则删除S的栈顶元素,用e返回其值,并返回OK;否则返回ERROR */
Status Pop(SqStack *S,SElemType *e)
{ if(S->top==-1)return ERROR;*e=S->data[S->top]; /* 将要删除的栈顶元素赋值给e */S->top--; /* 栈顶指针减一 */return OK;
}/* 从栈底到栈顶依次对栈中每个元素显示 */
Status StackTraverse(SqStack S)
{int i;i=0;while(i<=S.top){visit(S.data[i++]);}printf("\n");return OK;
}int main()
{int j;SqStack s;int e;if(InitStack(&s)==OK)for(j=1;j<=10;j++)Push(&s,j);printf("栈中元素依次为:");StackTraverse(s);Pop(&s,&e);printf("弹出的栈顶元素 e=%d\n",e);printf("栈空否:%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));GetTop(s,&e);printf("栈顶元素 e=%d 栈的长度为%d\n",e,StackLength(s));ClearStack(&s);printf("清空栈后,栈空否:%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));return 0;
}
两栈共享空间
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "io.h"
#include "math.h"
#include "time.h"#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */typedef int Status; typedef int SElemType; /* SElemType类型根据实际情况而定,这里假设为int *//* 两栈共享空间结构 */
typedef struct
{SElemType data[MAXSIZE];int top1; /* 栈1栈顶指针 */int top2; /* 栈2栈顶指针 */
}SqDoubleStack;Status visit(SElemType c)
{printf("%d ",c);return OK;
}/* 构造一个空栈S */
Status InitStack(SqDoubleStack *S)
{ S->top1=-1;S->top2=MAXSIZE;return OK;
}/* 把S置为空栈 */
Status ClearStack(SqDoubleStack *S)
{ S->top1=-1;S->top2=MAXSIZE;return OK;
}/* 若栈S为空栈,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status StackEmpty(SqDoubleStack S)
{ if (S.top1==-1 && S.top2==MAXSIZE)return TRUE;elsereturn FALSE;
}/* 返回S的元素个数,即栈的长度 */
int StackLength(SqDoubleStack S)
{ return (S.top1+1)+(MAXSIZE-S.top2);
}/* 插入元素e为新的栈顶元素 */
Status Push(SqDoubleStack *S,SElemType e,int stackNumber)
{if (S->top1+1==S->top2) /* 栈已满,不能再push新元素了 */return ERROR; if (stackNumber==1) /* 栈1有元素进栈 */S->data[++S->top1]=e; /* 若是栈1则先top1+1后给数组元素赋值。 */else if (stackNumber==2) /* 栈2有元素进栈 */S->data[--S->top2]=e; /* 若是栈2则先top2-1后给数组元素赋值。 */return OK;
}/* 若栈不空,则删除S的栈顶元素,用e返回其值,并返回OK;否则返回ERROR */
Status Pop(SqDoubleStack *S,SElemType *e,int stackNumber)
{ if (stackNumber==1) {if (S->top1==-1) return ERROR; /* 说明栈1已经是空栈,溢出 */*e=S->data[S->top1--]; /* 将栈1的栈顶元素出栈 */}else if (stackNumber==2){ if (S->top2==MAXSIZE) return ERROR; /* 说明栈2已经是空栈,溢出 */*e=S->data[S->top2++]; /* 将栈2的栈顶元素出栈 */}return OK;
}Status StackTraverse(SqDoubleStack S)
{int i;i=0;while(i<=S.top1){visit(S.data[i++]);}i=S.top2;while(i<MAXSIZE){visit(S.data[i++]);}printf("\n");return OK;
}int main()
{int j;SqDoubleStack s;int e;if(InitStack(&s)==OK){for(j=1;j<=5;j++)Push(&s,j,1);for(j=MAXSIZE;j>=MAXSIZE-2;j--)Push(&s,j,2);}printf("栈中元素依次为:");StackTraverse(s);printf("当前栈中元素有:%d \n",StackLength(s));Pop(&s,&e,2);printf("弹出的栈顶元素 e=%d\n",e);printf("栈空否:%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));for(j=6;j<=MAXSIZE-2;j++)Push(&s,j,1);printf("栈中元素依次为:");StackTraverse(s);printf("栈满否:%d(1:否 0:满)\n",Push(&s,100,1));ClearStack(&s);printf("清空栈后,栈空否:%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));return 0;
}
链栈
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "io.h"
#include "math.h"
#include "time.h"#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */typedef int Status;
typedef int SElemType; /* SElemType类型根据实际情况而定,这里假设为int *//* 链栈结构 */
typedef struct StackNode
{SElemType data;struct StackNode *next;
}StackNode,*LinkStackPtr;typedef struct
{LinkStackPtr top;int count;
}LinkStack;Status visit(SElemType c)
{printf("%d ",c);return OK;
}/* 构造一个空栈S */
Status InitStack(LinkStack *S)
{ S->top = (LinkStackPtr)malloc(sizeof(StackNode));if(!S->top)return ERROR;S->top=NULL;S->count=0;return OK;
}/* 把S置为空栈 */
Status ClearStack(LinkStack *S)
{ LinkStackPtr p,q;p=S->top;while(p){ q=p;p=p->next;free(q);} S->count=0;return OK;
}/* 若栈S为空栈,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status StackEmpty(LinkStack S)
{ if (S.count==0)return TRUE;elsereturn FALSE;
}/* 返回S的元素个数,即栈的长度 */
int StackLength(LinkStack S)
{ return S.count;
}/* 若栈不空,则用e返回S的栈顶元素,并返回OK;否则返回ERROR */
Status GetTop(LinkStack S,SElemType *e)
{if (S.top==NULL)return ERROR;else*e=S.top->data;return OK;
}/* 插入元素e为新的栈顶元素 */
Status Push(LinkStack *S,SElemType e)
{LinkStackPtr s=(LinkStackPtr)malloc(sizeof(StackNode)); s->data=e; s->next=S->top; /* 把当前的栈顶元素赋值给新结点的直接后继,见图中① */S->top=s; /* 将新的结点s赋值给栈顶指针,见图中② */S->count++;return OK;
}/* 若栈不空,则删除S的栈顶元素,用e返回其值,并返回OK;否则返回ERROR */
Status Pop(LinkStack *S,SElemType *e)
{ LinkStackPtr p;if(StackEmpty(*S))return ERROR;*e=S->top->data;p=S->top; /* 将栈顶结点赋值给p,见图中③ */S->top=S->top->next; /* 使得栈顶指针下移一位,指向后一结点,见图中④ */free(p); /* 释放结点p */ S->count--;return OK;
}Status StackTraverse(LinkStack S)
{LinkStackPtr p;p=S.top;while(p){visit(p->data);p=p->next;}printf("\n");return OK;
}int main()
{int j;LinkStack s;int e;if(InitStack(&s)==OK)for(j=1;j<=10;j++)Push(&s,j);printf("栈中元素依次为:");StackTraverse(s);Pop(&s,&e);printf("弹出的栈顶元素 e=%d\n",e);printf("栈空否:%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));GetTop(s,&e);printf("栈顶元素 e=%d 栈的长度为%d\n",e,StackLength(s));ClearStack(&s);printf("清空栈后,栈空否:%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));return 0;
}
斐波那契函数
#include "stdio.h"int Fbi(int i) /* 斐波那契的递归函数 */
{if( i < 2 )return i == 0 ? 0 : 1; return Fbi(i - 1) + Fbi(i - 2); /* 这里Fbi就是函数自己,等于在调用自己 */
} int main()
{int i;int a[40]; printf("迭代显示斐波那契数列:\n");a[0]=0;a[1]=1;printf("%d ",a[0]); printf("%d ",a[1]); for(i = 2;i < 40;i++) { a[i] = a[i-1] + a[i-2]; printf("%d ",a[i]); } printf("\n");printf("递归显示斐波那契数列:\n");for(i = 0;i < 40;i++) printf("%d ", Fbi(i)); return 0;
}
顺序队列
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "io.h"
#include "math.h"
#include "time.h"#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */typedef int Status;
typedef int QElemType; /* QElemType类型根据实际情况而定,这里假设为int *//* 循环队列的顺序存储结构 */
typedef struct
{QElemType data[MAXSIZE];int front; /* 头指针 */int rear; /* 尾指针,若队列不空,指向队列尾元素的下一个位置 */
}SqQueue;Status visit(QElemType c)
{printf("%d ",c);return OK;
}/* 初始化一个空队列Q */
Status InitQueue(SqQueue *Q)
{Q->front=0;Q->rear=0;return OK;
}/* 将Q清为空队列 */
Status ClearQueue(SqQueue *Q)
{Q->front=Q->rear=0;return OK;
}/* 若队列Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status QueueEmpty(SqQueue Q)
{ if(Q.front==Q.rear) /* 队列空的标志 */return TRUE;elsereturn FALSE;
}/* 返回Q的元素个数,也就是队列的当前长度 */
int QueueLength(SqQueue Q)
{return (Q.rear-Q.front+MAXSIZE)%MAXSIZE;
}/* 若队列不空,则用e返回Q的队头元素,并返回OK,否则返回ERROR */
Status GetHead(SqQueue Q,QElemType *e)
{if(Q.front==Q.rear) /* 队列空 */return ERROR;*e=Q.data[Q.front];return OK;
}/* 若队列未满,则插入元素e为Q新的队尾元素 */
Status EnQueue(SqQueue *Q,QElemType e)
{if ((Q->rear+1)%MAXSIZE == Q->front) /* 队列满的判断 */return ERROR;Q->data[Q->rear]=e; /* 将元素e赋值给队尾 */Q->rear=(Q->rear+1)%MAXSIZE;/* rear指针向后移一位置, *//* 若到最后则转到数组头部 */return OK;
}/* 若队列不空,则删除Q中队头元素,用e返回其值 */
Status DeQueue(SqQueue *Q,QElemType *e)
{if (Q->front == Q->rear) /* 队列空的判断 */return ERROR;*e=Q->data[Q->front]; /* 将队头元素赋值给e */Q->front=(Q->front+1)%MAXSIZE; /* front指针向后移一位置, *//* 若到最后则转到数组头部 */return OK;
}/* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素输出 */
Status QueueTraverse(SqQueue Q)
{ int i;i=Q.front;while((i+Q.front)!=Q.rear){visit(Q.data[i]);i=(i+1)%MAXSIZE;}printf("\n");return OK;
}int main()
{Status j;int i=0,l;QElemType d;SqQueue Q;InitQueue(&Q);printf("初始化队列后,队列空否?%u(1:空 0:否)\n",QueueEmpty(Q));printf("请输入整型队列元素(不超过%d个),-1为提前结束符: ",MAXSIZE-1);do{/* scanf("%d",&d); */d=i+100;if(d==-1)break;i++;EnQueue(&Q,d);}while(i<MAXSIZE-1);printf("队列长度为: %d\n",QueueLength(Q));printf("现在队列空否?%u(1:空 0:否)\n",QueueEmpty(Q));printf("连续%d次由队头删除元素,队尾插入元素:\n",MAXSIZE);for(l=1;l<=MAXSIZE;l++){DeQueue(&Q,&d);printf("删除的元素是%d,插入的元素:%d \n",d,l+1000);/* scanf("%d",&d); */d=l+1000;EnQueue(&Q,d);}l=QueueLength(Q);printf("现在队列中的元素为: \n");QueueTraverse(Q);printf("共向队尾插入了%d个元素\n",i+MAXSIZE);if(l-2>0)printf("现在由队头删除%d个元素:\n",l-2);while(QueueLength(Q)>2){DeQueue(&Q,&d);printf("删除的元素值为%d\n",d);}j=GetHead(Q,&d);if(j)printf("现在队头元素为: %d\n",d);ClearQueue(&Q);printf("清空队列后, 队列空否?%u(1:空 0:否)\n",QueueEmpty(Q));return 0;
}
链队列
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "io.h"
#include "math.h"
#include "time.h"#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */typedef int Status; typedef int QElemType; /* QElemType类型根据实际情况而定,这里假设为int */typedef struct QNode /* 结点结构 */
{QElemType data;struct QNode *next;
}QNode,*QueuePtr;typedef struct /* 队列的链表结构 */
{QueuePtr front,rear; /* 队头、队尾指针 */
}LinkQueue;Status visit(QElemType c)
{printf("%d ",c);return OK;
}/* 构造一个空队列Q */
Status InitQueue(LinkQueue *Q)
{ Q->front=Q->rear=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));if(!Q->front)exit(OVERFLOW);Q->front->next=NULL;return OK;
}/* 销毁队列Q */
Status DestroyQueue(LinkQueue *Q)
{while(Q->front){Q->rear=Q->front->next;free(Q->front);Q->front=Q->rear;}return OK;
}/* 将Q清为空队列 */
Status ClearQueue(LinkQueue *Q)
{QueuePtr p,q;Q->rear=Q->front;p=Q->front->next;Q->front->next=NULL;while(p){q=p;p=p->next;free(q);}return OK;
}/* 若Q为空队列,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status QueueEmpty(LinkQueue Q)
{ if(Q.front==Q.rear)return TRUE;elsereturn FALSE;
}/* 求队列的长度 */
int QueueLength(LinkQueue Q)
{ int i=0;QueuePtr p;p=Q.front;while(Q.rear!=p){i++;p=p->next;}return i;
}/* 若队列不空,则用e返回Q的队头元素,并返回OK,否则返回ERROR */
Status GetHead(LinkQueue Q,QElemType *e)
{ QueuePtr p;if(Q.front==Q.rear)return ERROR;p=Q.front->next;*e=p->data;return OK;
}/* 插入元素e为Q的新的队尾元素 */
Status EnQueue(LinkQueue *Q,QElemType e)
{ QueuePtr s=(QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));if(!s) /* 存储分配失败 */exit(OVERFLOW);s->data=e;s->next=NULL;Q->rear->next=s; /* 把拥有元素e的新结点s赋值给原队尾结点的后继,见图中① */Q->rear=s; /* 把当前的s设置为队尾结点,rear指向s,见图中② */return OK;
}/* 若队列不空,删除Q的队头元素,用e返回其值,并返回OK,否则返回ERROR */
Status DeQueue(LinkQueue *Q,QElemType *e)
{QueuePtr p;if(Q->front==Q->rear)return ERROR;p=Q->front->next; /* 将欲删除的队头结点暂存给p,见图中① */*e=p->data; /* 将欲删除的队头结点的值赋值给e */Q->front->next=p->next;/* 将原队头结点的后继p->next赋值给头结点后继,见图中② */if(Q->rear==p) /* 若队头就是队尾,则删除后将rear指向头结点,见图中③ */Q->rear=Q->front;free(p);return OK;
}/* 从队头到队尾依次对队列Q中每个元素输出 */
Status QueueTraverse(LinkQueue Q)
{QueuePtr p;p=Q.front->next;while(p){visit(p->data);p=p->next;}printf("\n");return OK;
}int main()
{int i;QElemType d;LinkQueue q;i=InitQueue(&q);if(i)printf("成功地构造了一个空队列!\n");printf("是否空队列?%d(1:空 0:否) ",QueueEmpty(q));printf("队列的长度为%d\n",QueueLength(q));EnQueue(&q,-5);EnQueue(&q,5);EnQueue(&q,10);printf("插入3个元素(-5,5,10)后,队列的长度为%d\n",QueueLength(q));printf("是否空队列?%d(1:空 0:否) ",QueueEmpty(q));printf("队列的元素依次为:");QueueTraverse(q);i=GetHead(q,&d);if(i==OK)printf("队头元素是:%d\n",d);DeQueue(&q,&d);printf("删除了队头元素%d\n",d);i=GetHead(q,&d);if(i==OK)printf("新的队头元素是:%d\n",d);ClearQueue(&q);printf("清空队列后,q.front=%u q.rear=%u q.front->next=%u\n",q.front,q.rear,q.front->next);DestroyQueue(&q);printf("销毁队列后,q.front=%u q.rear=%u\n",q.front, q.rear);return 0;
}
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