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  • 特殊线性表--栈和队列

    特殊线性表–栈和队列

    顺序栈——栈的顺序存储结构

    栈属于特殊的线性表,支持进栈出栈判空判满等基础操作.
    可以利用数组模拟栈搭配top值进行以上的基础操作.
    两栈共享空间(双端栈) :
    在一个程序中需要同时使用具有相同数据类型的两个栈,可以为这两个栈用数组模拟创建共享空间,称为双向栈.
    两栈共享空间:使用一个数组来存储两个栈,让一个栈的栈底为该数组的始端,另一个栈的栈底为该数组的末端,两个栈从各自的端点向中间延伸。
    插入:

     if (top1==top2-1) 
    		throw "上溢";
        if (i==1) 
    		data[++top1]=x;
        if (i==2) 
    		data[--top2]=x;
    

    栈的链式存储结构及实现

    将链头作为栈顶,方便操作。链栈不需要附设头结点。
    在这里插入图片描述

    链栈的实现——插入(入栈)

    template <class T>
    void LinkStack<T>::Push(T x)
    {
        s=new Node<T>;
        s->data=x; 
        s->next=top; 
       top=s; 
    }
    

    链栈的实现——删除(出栈)

    template <class T>
    T LinkStack<T>::Pop( )
    {
        if (top==NULL)
         throw "下溢";
        x=top->data; 
        p=top; 
        top=top->next;   
        delete p;
        return x;
    }
    

    顺序栈和链栈的比较:
    时间性能:相同,都是常数时间O(1)。
    空间性能:
    顺序栈:有元素个数的限制和空间浪费的问题。
    链栈:没有栈满的问题,只有当内存没有可用空间时才会出现栈满,但是每个元素都需要一个指针域,从而产生了结构性开销。
    结论:
    当栈的使用过程中元素个数变化较大时,用链栈是适宜的,反之,应该采用顺序栈。

    队列的顺序存储结构及实现

    通常情况下,队首元素存放在下标为0的一端.
    利用数组实现队列的顺序存储,出队操作时间性能为O(n):
    在这里插入图片描述
    改进出队的时间性能:
    放宽队列的所有元素必须存储在数组的前n个单元这一条件 ,只要求队列的元素存储在数组中连续的位置。
    设置队头、队尾两个指针,队头指针指向队头元素的前一个位置,队尾指针指向队中最后一个元素
    在这里插入图片描述
    1.队头指针指向队列中的第一个元素之前的元素,队尾指针指向队列中的最后一个元素
    2.队头指针指向队列中的第一个元素,队尾指针指向队列中的最后一个元素的后一个位置
    在这里插入图片描述 在这里插入图片描述
    入队操作时间性能仍为O(1), 出队操作时间性能提高为O(1).

    但是这样操作可能会存在假溢出现象:
    假溢出:当元素被插入到数组中下标最大的位置上之后,队列的空间就用尽了,尽管此时数组的低端还有空闲空间,这种现象叫做假溢出。
    在这里插入图片描述
    解决假溢出:
    循环队列:将存储队列的数组头尾相接。
    不存在物理的循环结构,用求模方法实现:
    求模:

    rear=(rear+1)% MAXSIZE
    front=(front+1) % MAZSIZE
    

    队列顺序存储操作:
    修改队满条件,浪费一个元素空间,队满时数组中只有一个空闲单元;

    T data[QueueSize];   
    int front, rear;
    

    判空:

    bool Empty( ){
      if (rear==front) return true;
      return false;
    }

    队满的条件:(rear+1) mod QueueSize==front

    入队:

    template <class T>
     void CirQueue<T>::EnQueue(T x)
     {
       if ((rear+1) % QueueSize ==front) throw "上溢";
       rear=(rear+1) % QueueSize;    
       data[rear]=x;                 
     }
    

    出队:

    template <class T>
    T CirQueue<T>::DeQueue( )
    {
         if (rear==front) throw "下溢"; 
         front=(front+1) % QueueSize; 
         return data[front];
    } 
    

    求队列长度:

    (rear-front+QueueSize)%Queuesize
    
    if (rear==front) throw "下溢"; 
        len=(rear-front+ QueueSize) % QueueSize;  
        return len;
    

    队列的链式存储结构及实现:

    链式队列的出队:

    if (rear==front) throw "下溢";
     p=front->next; 
     x=p->data; 
     front->next=p->next;        
     delete p;
     if (front->next==NULL) rear=front;   
     return x;
    

    循环队列和链队列的比较:
    时间性能:
    循环队列和链队列的基本操作都需要常数时间O (1)。
    空间性能:
    循环队列:必须预先确定一个固定的长度,所以有存储元素个数的限制和空间浪费的问题。
    链队列:没有队列满的问题,只有当内存没有可用空间时才会出现队列满,但是每个元素都需要一个指针域,从而产生了结构性开销。

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