數據結構及應用算法教程第4章棧和隊列匯報人:目錄0203040105棧的操作和應用隊列的定義和性質隊列的操作和應用棧的定義和性質棧和隊列的比較棧的定義和性質01棧的概念棧頂和棧底后進先出（LIFO）原則棧的操作遵循后進先出原則，最后進入的元素最先被移除。棧有明確的棧頂和棧底，所有插入和刪除操作僅在棧頂進行。棧的限制性操作棧只允許在一端進行插入（push）和刪除（pop）操作，保證了數據的有序性。棧的特性棧的操作遵循后進先出原則，最后進入的元素最先被移除。后進先出（LIFO）棧只允許在頂端進行插入（push）和刪除（pop）操作，保證了數據的有序性。限制性訪問棧的大小不是固定的，它可以根據需要動態地增加或減少。動態大小變化棧不支持隨機訪問，不能直接訪問除棧頂元素之外的其他元素。無隨機訪問棧的抽象數據類型描述棧的當前狀態，如棧的大小、棧頂指針位置等。棧的屬性包括push(入棧)、pop(出棧)、peek(查看棧頂元素)等基本操作。棧的操作接口棧的操作和應用02棧的基本操作入棧（Push）操作向棧中添加元素，新元素總是放在棧頂，如函數調用時的參數傳遞。出棧（Pop）操作從棧頂移除元素，遵循后進先出（LIFO）原則，如撤銷操作。查看棧頂元素（Peek）獲取棧頂元素的值而不移除它，常用于檢查數據但不改變棧狀態。棧的實現方法使用數組存儲棧元素，通過棧頂指針來追蹤棧頂位置，實現入棧和出棧操作。數組實現通過鏈表結構，每個節點包含數據和指向下一個節點的指針，方便實現動態的棧操作。鏈表實現動態數組（如ArrayList）可以實現棧，通過擴容機制支持棧的動態增長。動態數組實現利用雙端隊列（deque）的兩端操作特性，可以實現一個棧，僅使用push和pop操作。雙端隊列實現棧的應用實例利用棧的后進先出特性，瀏覽器可以記錄用戶的訪問歷史，實現后退到上一頁面的功能。瀏覽器的后退功能01在計算數學表達式時，如中綴表達式轉后綴表達式，棧用于臨時存儲運算符，確保運算順序正確。表達式求值02棧在算法中的應用01括號匹配檢查在編譯器設計中，棧用于檢查代碼中的括號是否正確匹配，如圓括號、花括號等。03深度優先搜索(DFS)在圖論中，深度優先搜索算法使用棧來追蹤路徑，以訪問圖中的所有節點。02表達式求值棧在計算數學表達式時非常有用，例如后綴表達式求值，可以利用棧的后進先出特性。04撤銷操作文本編輯器和繪圖軟件中，棧用于實現撤銷功能，記錄用戶的操作歷史。隊列的定義和性質03隊列的概念隊列遵循FIFO原則，先入隊的元素會先出隊，如排隊買票。先進先出原則隊列只允許在兩端進行操作，一端為入隊，另一端為出隊。隊列的限制性操作隊列的特性隊列的特性之一是先進先出，即最早進入隊列的元素會最先被處理。先進先出（FIFO）隊列中的元素不保持任何特定的順序，除了FIFO原則外，元素之間沒有其他關系。無序性隊列只允許在兩端進行操作，一端為入隊（enqueue），另一端為出隊（dequeue）。限制性訪問隊列的大小不是固定的，可以根據需要動態地增加或減少。動態大小變化隊列的抽象數據類型隊列提供基本操作如入隊（enqueue）、出隊（dequeue）、查看隊首（front）等。隊列的操作接口當隊列滿或空時，需要定義相應的異常處理機制，如拋出異常或返回特定錯誤碼。隊列的異常處理隊列可以使用數組或鏈表等數據結構實現，以支持其操作的高效執行。隊列的存儲結構010203隊列的操作和應用04隊列的基本操作從隊列的頭部移除一個元素，例如在圖書館歸還書籍后，下一個人借閱。出隊（dequeue）在隊列的尾部添加一個元素，如在超市排隊時新顧客站在隊伍的最后。入隊（enqueue）隊列的實現方法使用數組實現隊列，通過頭尾指針來標識隊列的前端和后端，進行入隊和出隊操作。順序隊列01通過鏈表結構實現隊列，每個節點包含數據和指向下一個節點的指針，便于動態管理。鏈式隊列02利用數組的環形結構，頭尾指針循環使用，當到達數組末尾時再回到開頭，提高空間利用率。循環隊列03允許在隊列的兩端進行插入和刪除操作，結合了棧和隊列的特點，適用于需要兩端操作的場景。雙端隊列04隊列的應用實例操作系統中，打印任務通常使用隊列管理，確保文檔按提交順序依次打印。打印任務管理01、在網絡通信中，數據包通過隊列進行排隊，保證數據按到達順序正確傳輸。網絡數據包傳輸02、隊列在算法中的應用在圖的遍歷中，隊列用于存儲待訪問的節點，確保按層次順序訪問，如社交網絡分析。廣度優先搜索（BFS）操作系統中，隊列用于管理任務的執行順序，保證先到先服務原則，如打印任務隊列。任務調度在數據流處理中，隊列作為緩沖區，平衡生產者和消費者的速度差異，如網絡數據包的排隊。緩沖處理棧和隊列的比較05棧與隊列的異同01棧是后進先出（LIFO）結構，而隊列是先進先出（FIFO）結構，體現了不同的數據處理順序。操作順序的差異02棧常用于括號匹配、表達式求值等場景，隊列則適用于任務調度、緩沖處理等應用。應用場景的不同適用場景分析后進先出（LIFO）場景棧的