数据结构导论 五 栈、队列和数组

 栈

栈的定义:只是在表的一端进行插入和删除的线性表

其中:允许插入及删除一端(表尾)称为栈顶(top)

           另一端(表头)称为栈底(Bottom)

当表中没有元素时称为空栈

S={i1,i2,i3,i4,i5,i6} 此时 i1称为栈底 i6称为栈顶

                  图1

进栈:在栈顶插入一个元素

出栈:在栈顶删除一个元素

                       图2

特点:

通过图2 可以看出栈中的元素都是依次进入栈里面,第一个进入到栈里的称为栈底,越往上越是栈顶,而出栈的第一个元素则是栈顶。栈是先进后出的原则,栈称为“后进先出线性表LIFO”

栈的基本运算有哪些???

1)初始化栈:InitStack(S);

2)判断栈:EmptyStack(s);

3)进栈:push (S,x);

4)出栈:pop(s);

5)取栈:Gettop(s);

顺序栈以及常用名词

栈容量:栈中可以存放的最大元素个数

栈顶指针top:指示在当前栈顶元素在栈中位置

栈空:栈中无元素时,表示栈空

栈满:数组空间已被站满,成栈满

下溢:当栈空时,再要求出栈运算,称为“下溢”

上溢:当栈满时,再要求进栈运算,称为“上溢”

栈的运算:

初始化:

1 int Inistack(Seqstk *stk){
2 
3 stk->top=0;
4 
5 return 1;
6 
7 }

判断栈:

1 int EmptyStack(SeqStk *stk){
2 
3 if(stl->top==0)retrun 1;
4 
5 esle reutn 0;}

进栈:

int push(seqstk *stk ,DataType x)
if(stk->top == masize-1)//判断是否上溢
{error("栈满");return 0;//上溢

}
else{
stk->top++;//修改栈顶指针,
stk->data[sq->top]=x//元素x插入新栈顶中
return 1;
}

出栈:

int pop(seqstk *stk){
if(stk->top==0)//判断是否需要下溢
{error("栈空");return 0;}//下溢
else{
stk->toop;return 1;}//修改栈顶指针,指向新栈顶
}

取栈顶元素

1 DataType GetTop(SeqStk *stk)
2 {
3 if(EmptyStack(stk))
4 return NULLData;
5 else
6 return stk->data[stk->top];
7 }

链栈的定义

栈的链式存储结构称为链栈,他是运算受限的的单链表,插入和删除操作今现制在表头位置上进行。栈顶指针就是链表的头指针。

 链栈的如何运算呢???

初始化:

1 void InitStack(Lkstk *Ls){
2 Ls=(LKstk*)malloc(sizeof(Lkstk));
3 Ls->next=null;
4 }

判断栈

1 nt EmptyStack(LkStk *LS)
2 {
3 if(LS->next= =NULL) return 1;
4 else return 0;
5 }

进栈

void Push (LkStk *LS, DataType x)
{ LkStk *temp;
temp= (LkStk *) malloc (sizeof (LkStk));
temp->data=x;
temp->next=LS->next;
LS->next=temp;
}

出栈

 1 int Pop (LkStk *LS)
 2 { LkStk *temp;
 3 if (!EmptyStack (LS))
 4 { temp=LS->next;
 5 LS->next=temp->next;
 6 free(temp);
 7 return 1;
 8 }
 9 else return 0;
10 }

取栈顶元素

DataType GetTop(LkStk *LS)
{
if (!EmptyStack(LS))
return LS->next->data;
else
return NULLData;
}

队列

队列也是一种运算受限的的线性表

队列:是只允许在表的一端进行插入,而在另一端进行阐述的线性表

如果将栈比作一个口开的公交车(先下后上),那么队列就可以比作两口开的公交(前门进后门出)

对头:允许删除一端称为对头(front)

队尾:允许插入的另一端称为队尾(rear)

队列:Q={a1,a2,a3,a4,a5,a5。。。}

 队列:先进先出FIFO 

 队列的基本运算都有那些???

  • 队列初始化 InitQueue(Q):
    • 设置一个空队列Q
  • 判队列空 EmptyQueue(Q):
    • 若队列Q为空,则返回值为1,否则返回值为0
  • 入队列 EnQueue(Q,x):
  •     将数据元素x从队尾一端插入队列,使其成为队列的新尾元素;
  • 出队列 OutQueue(Q):
    • 删除队列首元素;
  • 取队列首元素GetHead(Q):
    • 返回队列首元素的值。

初始化:front=rear=0

进队:rear加1,元素插入尾指针位置

出队:front加1,去头指针所值位置

顺序队列:

上溢条件:sq.rear==maxsize-1(队满)

下溢条件:sq.rear==sq.front(队列空)

循环队列

定义:为队列分配一块存储空间,并将这块存储空间看成头尾相连接的。

循环队列的实现

对插入即入队列:队尾指针增1

sq.rea(sq.rear+1)1%maxsize

对删除即出队:对头指针增1

sq.front=(sq.front+1)%maxsize

循环队列规定:

下溢条件即队列空:CQ.front==CQ.rear

上溢条件即队列满:尾指针从后面追上头指针

(CQ.rear+1)%maxsize==cq.front(尾赶头)

循环队列的基本运算:

队列初始化

1 void InitQueue(CycQue CQ){
2 CQ.front=0;CQ.rear=0;}

判断队列

1 int EmptyQueue(CycQue CQ)
2 {if (CQ.rear==CQ.front) return 1;
3 else return 0;}

入队列

int EnQueue(CycQue CQ,DataType x)
{if ((CQ.rear+1)%maxsize==CQ.front)
{error(“队列满” );return 0;}
else {CQ.rear=(CQ.rear+1)%maxsize;
CQ.data[CQ.rear]=x;
return 1;}
}

出队列

int OutQueue(CycQue CQ)
{if (EmptyQueue(CQ))
{error(“队列空” ); return 0; }
else {CQ.front=(CQ.front+1)%maxsize;
return 1; }
}

取队列首元素

DataType GetHead(CycQue CQ)
{
if (EmptyQueue(CQ))
return NULLData;
else
return CQ.data[(CQ.front+1)%maxsize];
}

链队列的基本运算

队列的初始化

1 void init Queue(LkQue *LQ){
2 LkQueNode *temp;
3 temp=(LkQuenode*)malloc(sizeof(LkQueNode));
4 LQ->front=temp;
5 LQ->rear=temp;
6 (LQ->front)->next=NULL;
7 }

判队列空

1 Int EmptyQueue(LKQue LQ){
2 if(LQ.rear==LQ.front)return 1;
3 else return 0;
4 }

入队列:

1 Void EnQueue(LkQue *LQ;DataType x)
2 {
3 LkQueNode *temp;
4 temp=(LkQueNode *)malloc(sizeof(LkQueNode));
5 temp->data=x;
6 temp->next=NULL;
7 (LQ->rear)->next=temp;
8 LQ->rear=temp;
9 }

出队列:

 1 OutQueue(LkQue *LQ)
 2 { LkQueNode *temp;
 3 if (EmptyQueue(LQ))
 4 {error(“队空” ); return 0; }
 5 else {
 6 temp=(LQ->front)->next;
 7 (LQ->front)->next=temp->next;
 8 if (temp->next==NULL) LQ->rear=LQ->front;
 9 free(temp);
10 return 1;
11 }
12 }

取队列首元素

 1 DataType GetHead (LkQue LQ)
 2 {
 3 LkQueNode *temp;
 4 if (EmptyQueue(LQ))
 5 return NULLData;
 6 else {
 7 temp=LQ.front->next;
 8 return temp->data;
 9 }
10 }

 数组

数组可以看成一种特殊的线性表,其特殊在于,表中的数组元素本身也是一种线性表。

数据的逻辑结构与运算

数组是线性表的推广,其每个元素由一个值和一组下标组成,其中下标数称为数组的维数。

 二维数组Amn可以看成是m个行向量组成的向量,也可以看成是n个列向量组成的向量

数组一旦被定义,它的维数和维界就不再改变。因此,除了结构的初始化和销毁之外,数组通常只有两种基本运算:

读:给定一组下标,读取相应的数据元素;

写:给定一组下标,修改相应的数据元素;

寻址公式:

例如, 二维数组Amn按“行优先顺序”存储在内存中,假设每个元素占用k个存储单元

元素aij的存储地址应是数组的基地址加上排在aij前面的元素所占用的单元数。因为aij位于第i行、第j列,前面i行一共有i×n个元素,第i行上aij前面又有j个元素,故它前面一共有i×n+j个元素,

因此, aij的地址计算函数为:LOC(aij)=LOC(a00)+(i*n+j)*k 

 矩阵的压缩存储

为了节省存储空间,我们可以对这类矩阵进行压缩存储:即为多个相同的非零元素值分配一个存储空间;对零元素不分配空间。

1.对称矩阵:

定义:在一个n阶方阵A中,若元素满足下述性质:aij=aji , 0<=i,j<n-1

则成A为对称矩阵。

 

 物理存储:

对称矩阵中元素关于主对角线对称,故只要存储矩阵中上三角或下三角中的元素,让每两个对称的元素共享一个存储空间。

它的公式:i=n(n+1)/2

下标变换公式

1)若i>=j,则下三角形中,a[ij]之前的i行(从第0行道第i-1行)一共由1+2+。。。=i(i+1)/2个元素,在第i行上,a[ij]之前由j个元素,

因此有:k=i*(i+1)/2+j  0<=k<n(n+1)/2-1

2)若i<j,则a[ij]是在上三角矩阵中,因为aij=aji,所以只要交换上述对应关系中的i和j即可得到

k=j*(j+1)/2+i    0<=k<n(n+1)/2-1

 I=max(i,j)J=min(i,j),则ki, j的对应关系
可统一为: k=I*(I-1)/2+J 0≤kn(n+1)/2 -1

 三角矩阵:

三角矩阵中的重复元素C可共享一个存储空间,其余的元素正好有n(n+1)/2个,因此,三角矩阵可以压缩存储道向量s[0...n(n+1)/2]中,其中c存放在向量的最后一个分量中

上三角:

 当i<=j时     k=i( 2n-1+1)/2+j-i

当i>j时        k=n(n+1)/2

下三角:

当i>=j时: k=i(i+1)/2+j

当i<j时:    k=j(j+1)/2+i

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