c#数据结构(3.1 栈和队列)

一,栈

    栈和队列是非常重要的两种数据结构,在软件设计中应用很多。栈和队列也是线性结构,线性表、栈和队列这三种数据结构的数据元素以及数据元素间的逻辑关系完全相同,差别是线性表的操作不受限制,而栈和队列的操作受到限制。栈的操作只能在表的一端进行,队列的插入操作在表的一端进行而其它操作在表的另一端进行,所以,把栈和队列称为操作受限的线性表

1.1栈的定义及基本运算

     栈(Stack)是操作限定在表的尾端进行的线性表。表尾由于要进行插入、删除等操作,所以,它具有特殊的含义,把表尾称为栈顶(Top),另一端是固定的,叫栈底(Bottom)。当栈中没有数据元素时叫空栈(Empty Stack)。

     栈通常记为:S= (a1,a2,…,an),S是英文单词stack的第 1 个字母。a1为栈底元素,an为栈顶元素。这n个数据元素按照a1,a2,…,an的顺序依次入栈,而出栈的次序相反,an第一个出栈,a1最后一个出栈。所以,栈的操作是按照后进先出(Last In First Out,简称LIFO)或先进后出(First In Last Out,简称FILO)的原则进行的,因此,栈又称为LIFO表或FILO表。栈的操作示意图如下图 所示。


1.2顺序栈

      顺序栈用一片连续的存储空间来存储栈中的数据元素,这样的栈称为顺序栈(Sequence Stack)。类似于顺序表,用一维数组来存放顺序栈中的数据元素。栈顶指示器 top 设在数组下标为 0 的端,top 随着插入和删除而变化,当栈为空时,top=-1。

1.3链栈

    栈的另外一种存储方式是链式存储,这样的栈称为链栈(Linked Stack)。链栈通常用单链表来表示,它的实现是单链表的简化。所以,链栈结点的结构与单链表结点的结构一样。由于链栈的操作只是在一端进行,为了操作方便,把栈顶设在链表的头部,并且不需要头结点。


二,队列

2.1队列的定义及基本运算

    队列(Queue)是插入操作限定在表的尾部而其它操作限定在表的头部进行的线性表

    把进行插入操作的表尾称为队尾(Rear),把进行其它操作的头部称为队头(Front)。当对列中没有数据元素时称为空对列(Empty Queue)。队列通常记为:Q= (a1,a2,…,an),Q是英文单词queue的第 1 个字母。a1为队头元素,an为队尾元素。这n个元素是按照a1,a2,…,an的次序依次入队的,出对的次序与入队相同,a1第一个出队,an最后一个出队。所以,对列的操作是按照先进先出(First In First Out)或后进后出( Last In Last Out)的原则进行的,因此,队列又称为FIFO表或LILO表。队列Q的操作示意图如图所示。


2.1、顺序队列

     用一片连续的存储空间来存储队列中的数据元素,这样的队列称为顺序队列(Sequence Queue)。类似于顺序栈,用一维数组来存放顺序队列中的数据元素。队头位置设在数组下标为 0 的端,用 front 表示;队尾位置设在数组的另一端,用 rear 表示。front 和 rear 随着插入和删除而变化。当队列为空时,front=rear=-1。图 3.7 是顺序队列的两个指示器与队列中数据元素的关系图。


    当有数据元素入队时,队尾指示器 rear 加 1,当有数据元素出队时,队头指示器 front 加 1。当 front=rear 时,表示队列为空,队尾指示器 rear 到达数组的上限处而 front 为-1 时,队列为满,如图图 3.7(c)所示。队尾指示器 rear 的值大于队头指示器 front 的值,队列中元素的个数可以由 rear-front 求得。由图 3.7(d)可知,如果再有一个数据元素入队就会出现溢出。但事实上队列中并未满,还有空闲空间,把这种现象称为“假溢出”。这是由于队列“队尾入队头出”的操作原则造成的。解决假溢出的方法是将顺序队列看成是首尾相接的循环结构,头尾指示器的关系不变,这种队列叫循环顺序队列(Circular sequenceQueue)。循环队列如图 3.8 所示。


    当队尾指示器 rear 到达数组的上限时,如果还有数据元素入队并且数组的第0 个空间空闲时,队尾指示器 rear 指向数组的 0 端。所以,队尾指示器的加 1 操作修改为:rear = (rear + 1) % maxsize队头指示器的操作也是如此。当队头指示器 front 到达数组的上限时,如果还有数据元素出队,队头指示器 front 指向数组的 0 端。所以,队头指示器的加1 操作修改为:front = (front + 1) % maxsize循环顺序队列操作示意图如图 3.9 所示。

    由图 3.9 可知,队尾指示器 rear 的值不一定大于队头指示器 front 的值,并且队满和队空时都有 rear=front。也就是说,队满和队空的条件都是相同的。解决这个问题的方法一般是少用一个空间,如图 3.9(d)所示,把这种情况视为队满。所以,判断队空的条件是:rear==front,判断队满的条件是:(rear + 1) %maxsize==front。求循环队列中数据元素的个数可由(rear-front+maxsize)%maxsize公式求得。

     C# 中的队列Queue 类.

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