STACK & QUEUE NGĂN XẾP & HÀNG ĐỢI doc

Ngăn xếp - Định nghĩa• Các thao tác cơ bản trên Stack: • InitStack: khởi tạo Stack rỗng • IsEmpty: kiểm tra Stack rỗng?. • Push: thêm 1 phần tử vào đỉnh Stack, có thể làm Stack đầy • Pop

STACK & QUEUE

NGĂN XẾP & HÀNG ĐỢI

Ngăn xếp (Stack)

Chồng khay

Các ví dụ về Ngăn xếp

Ngăn xếp - Định nghĩa

• Các thao tác cơ bản trên Stack:

• InitStack: khởi tạo Stack rỗng

• IsEmpty: kiểm tra Stack rỗng ?

• IsFull: kiểm tra Stack đầy ?

• Push: thêm 1 phần tử vào đỉnh Stack, có thể làm Stack đầy

• Pop: lấy ra 1 phần tử từ đỉnh Stack, có thể làm Stack rỗng

• StackTop: kiểm tra phần tử đầu Stack

Ngăn xếp

• Minh họa thao tác Push

Data

Top

Ngăn xếp

• Minh họa thao tác Pop

Data Top

Ngăn xếp

• Minh họa thao tác StackTop

 Ngăn xếp không thay đổi

Data

Top

?

?

Ngăn xếp

• Có hai cách để xây dựng ngăn xếp

• Sử dụng mảng 1 chiều

• Sử dụng danh sách liên kết đơn

Ngăn xếp – Sử dụng mảng

9 3 6

Stack

Top

int StkMax; // số phần tử tối đa

int StkTop; // vị trí đỉnh Stack

};

Ngăn xếp – Sử dụng mảng

• Thao tác “Khởi tạo Stack rỗng”

int InitStack(STACK& s, int MaxItems)

s.StkTop = -1; // chưa có phần tử nào trong Stack

return 1; // khởi tạo thành công

}

Ngăn xếp – Sử dụng mảng

• Thao tác “Kiểm tra Stack rỗng”

int IsEmpty(const STACK &s)

Ngăn xếp – Sử dụng mảng

• Thao tác “Kiểm tra Stack đầy”

int IsFull(const STACK &s)

{

if (s.StkTop==s.StkMax-1)

return 1; // Stack đầy

return 0; // Stack chưa đầy

}

Ngăn xếp – Sử dụng mảng

• Thao tác “Pop”: lấy ra 1 phần tử từ đỉnh Stack

int Pop(STACK& s, int& outitem)

Ngăn xếp – Ví dụ ứng dụng

• Kiểm tra sự tương ứng của các cặp ngoặc đơn trong một biểu thức

• ( ( A + B ) / C ( A + B ) / C)

• Đảo ngược một chuỗi ký tự

Ngăn xếp – Sử dụng DSLK

9 7

4



NStkCnt StkTop

7Data Link

9Data Link



4Data Link

Ngăn xếp – Sử dụng DSLK

• Cấu tạo đầu stack

• Cấu tạo một phần tử trong stack

7Data Link4

Data Link

Ngăn xếp – Sử dụng DSLK

• Thao tác “Kiểm tra stack rỗng”:

int IsEmpty(const STACK& s)

Ngăn xếp – Sử dụng DSLK

• Thao tác “Kiểm tra stack đầy”:

int IsFull ( const STACK s)

{

// thử tạo mới một phần tử

STACK_NODE* temp = new STACK_NODE;

// nếu không tạo được  stack đầy

return 0; // Stack đầy, không thêm vào được

STACK_NODE *pNew = new STACK_NODE;

7Data Link4

Data Link

7Data Link

4Data Link

temp

outitem = 4

Ngăn xếp – Ứng dụng

• Stack có nhiều ứng dụng:

• Lưu vết trong thuật toán “back-tracking” (theo dõi dấu vết)

• Tính giá trị biểu thức toán học (thuật toán Balan ngược)

• Khử đệ quy

• …

Ngăn xếp – Quick Sort

• Để khử đệ quy cho Quick Sort, ta sử dụng một stack để lưu lại các partition (phân hoạch) cần tiến hành sắp xếp

• Ý tưởng:

• Push phân hoạch đầu tiên (0, n-1) vào stack

• Trong khi stack chưa rỗng

• Pop một phân hoạch từ stack

• Chọn phần tử trục trên phân hoạch này

• Điều chỉnh phân hoạch tương ứng với trục

• Push 2 phân hoạch bên trái và phải trục vào stack

Ngăn xếp – Quick Sort

• Push phân hoạch đầu tiên (0, n-1) vào stack

• Trong khi stack chưa rỗng

• Pop một phân hoạch từ stack

• Chọn phần tử trục trên phân hoạch này

• Điều chỉnh phân hoạch tương ứng với trục

• Push 2 phân hoạch bên trái và phải trục vào stack

Hàng đợi (Queue)

Phòng vé

Hàng đợi – Định nghĩa

• Các thao tác cơ bản trên hàng đợi:

• InitQueue: khởi tạo hàng đợi rỗng

• IsEmpty: kiểm tra hàng đợi rỗng ?

• IsFull: kiểm tra hàng đợi đầy ?

• EnQueue: thêm 1 phần tử vào cuối hàng đợi, có thể làm hàng đợi đầy

• DeQueue: lấy ra 1 phần tử từ đầu Queue, có thể làm Queue rỗng

• QueueFront, QueueRear: kiểm tra phần tử đầu và phần tử cuối Queue

Hàng đợi

• Minh họa thao tác EnQueue

• Minh họa thao tác DeQueue

Hàng đợi

• Có hai cách để xây dựng hàng đợi

• Sử dụng mảng 1 chiều

• Sử dụng danh sách liên kết đơn

Hàng đợi – Sử dụng mảng

phần tử.

phần tử tối đa trong hàng đợi

xác định vị trí đầu, cuối hàng đợi

lưu số phần tử hiện có trong hàng đợi

Hàng đợi – Sử dụng mảng

QMax = 7 QNumItems = 4 QFront = 1

QRear = 4

Hàng đợi – Sử dụng mảng

// Giả sử Queue chứa các phần tử kiểu nguyên (int)

// Khai báo cấu trúc Queue

typedef struct QUEUE {

Hàng đợi – Sử dụng mảng

• Khi thêm nhiều phần tử sẽ xảy ra hiện tượng “tràn giả”

• Giải pháp? Nối dài mảng (mảng động) hay sử dụng một mảng vô cùng lớn?

QMax = 7 QNumItems = 4 QFront = 1

QRear = 4

QRear = 4

Hàng đợi – Sử dụng mảng

• Thao tác “Khởi tạo Queue rỗng”:

int InitQueue(QUEUE& q, int MaxItem) {

q.QArray = new int [MaxItem];

Hàng đợi – Sử dụng mảng

• Thao tác EnQueue: thêm 1 phần tử vào cuối Queue

int EnQueue(QUEUE &q, int newitem)

Hàng đợi – Sử dụng mảng

• Thao tác DeQueue: lấy ra 1 phần tử ở đầu Queue

int DeQueue(QUEUE &q, int& itemout)

{

if (IsEmpty(q))

return 0; // Queue rỗng, không lấy ra được

itemout = q.QArray[q.QFront]; // lấy phần tử đầu ra

q.QFront++;

q.QNumItems ;

if (q.QFront==q.QMax) // nếu đi hết mảng …

q.QFront = 0; // … quay trở về đầu mảng

if (q.QNumItems==0) // nếu lấy ra phần tử cuối cùng

q.QFront = q.QRear = -1; // khởi tạo lại Queue

return 1; // Lấy ra thành công

}

• Quản lý thang máy

Hàng đợi

• Bài tập lý thuyết: Hãy xây dựng 1 Queue bằng cách sử dụng danh sách liên kết đơn

• Ðịnh nghĩa cấu trúc dữ liệu

• Xây dựng các thao tác cơ bản

Hàng đợi – Sử dụng DSLK

• Khai báo cấu trúc

typedef struct tagNODE

Hàng đợi – Sử dụng DSLK

• Các thao tác cơ bản

int InitQueue(QUEUE& q);

int IsEmpty(const QUEUE& q);

int IsFull(const QUEUE& q);

int EnQueue(QUEUE &q, int newitem);

int DeQueue(QUEUE &q, int& itemout);

int QueueFront(const QUEUE &q, int& itemout);

int QueueRear(const QUEUE &q, int& itemout);

Hàng đợi – Sử dụng DSLK

• Kiểm tra Queue rỗng

int IsEmpty(const QUEUE& q)

{

return (q.NumItems==0);

}

• Kiểm tra Queue đầy

int IsFull(const QUEUE& q) {

PNODE tmp = new NODE;

Hàng đợi – Sử dụng DSLK

Hàng đợi – Sử dụng DSLK

• Lấy ra 1 phần tử ở đầu Queue

int DeQueue(QUEUE &q, int& itemout)

Hàng đợi – Sử dụng DSLK

• Kiểm tra 1 phần tử ở đầu Queue

int QueueFront(const QUEUE &q, int& itemout)

Hàng đợi – Sử dụng DSLK

• Kiểm tra 1 phần tử ở cuối Queue

int QueueRear(const QUEUE &q, int& itemout)