Thuật toán Stack queue kỹ thuật lập trình đại học KHTN

Lưu trữ ngăn xếp Kiểm tra ngăn xếp rỗng Thêm 1 phần tử vào ngăn xếp Lấy 1 phần tử ra khỏi ngăn xếp Lấy thông tin của phần tử đầu ngăn xếp Các thao tác trên ngăn xếp... Ngăn xếp đầy

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Khoa Công nghệ thông tin

KỸ THUẬT LẬP TRÌNH

Định nghĩa:

 Ngăn xếp là cấu trúc chứa

các đối tượng làm việc theo

cơ chế “vào sau ra trước”

(Last In First Out)

 Đối tượng có thể được thêm

vào bất kì lúc nào, nhưng chỉ

có đối tượng vào sau cùng

mới được phép lấy ra khỏi

Lưu trữ ngăn xếp

Kiểm tra ngăn xếp rỗng

Thêm 1 phần tử vào ngăn xếp

Lấy 1 phần tử ra khỏi ngăn xếp

Lấy thông tin của phần tử đầu ngăn xếp

Các thao tác trên ngăn xếp

Thêm vào đầu danh sách (AddHead): phần tử

mới thêm nằm ở đầu danh sách

Truy xuất danh sách: Truy xuất phần tử nằm

Ngăn xếp rỗng khi không chứa phần tử nào (DS rỗng)

Khai báo:

• typedef NODE* STACK;

BOOL IsEmpty (STACK Stack )

Ngăn xếp đầy khi không thể cấp phát thêm vùng nhớ

Khi thêm 1 phần tử vào ngăn xếp, nếu không

cấp phát được vùng nhớ -> Thông báo ngăn

xếp đầy

Kiểm tra ngăn xếp đầy

int Push ( NODE*& pHead , NODE* x)

Ngăn xếp ban đầu

Ngăn xếp sau khi

Đỉnh

Lấy đối tượng ở đầu ngăn xếp ra khỏi ngăn xếp

và trả về giá trị của đối tượng đó

Nếu stack rỗng? -> báo lỗi

Thuật toán:

 Kiểm tra ngăn xếp rỗng hay không?

 Nếu không:

• Ghi nhận giá trị của phần tử ở đầu ngăn xếp

• Xóa phần tử đầu ra khỏi ngăn xếp

Data Pop (NODE*& pHead)

{

//kiểm tra ngăn xếp rỗng?

if ( )

return -1 ;

//ghi nhận giá trị đầu ngăn xếp

Data x = pHead -> data;

//xóa đầu ngăn xếp …

//trả về giá trị đã ghi nhận

return _;

Lấy 1 phần tử ra khỏi ngăn xếp

Chỉ lấy giá trị của phần tử đầu mà không hủy nó

Cho biết nội dung của stack sau mỗi thao tác

trong dãy:

EAS*Y**QUE***ST***I*ON

Một chữ cái tượng trưng cho thao tác thêm chữ cái đó vào stack, dấu * tượng trưng cho thao tác lấy nội dung một phần tử trong stack in lên màn hình

Cho biết kết quả xuất ra màn hình sau khi hoàn tất chuỗi trên?

Bài tập

Cho biết nội dung của stack và giá trị của các

biến sau khi thực hiện các thao tác sau: A= 5, B

d Pop và lưu trữ vào A

e Pop và lưu trữ vào B

Bài tập

Bài tập: cài đặt lại các thao tác khi lưu trữ stack bằng mảng 1 chiều (sinh viên tự tìm hiểu)

Các thao tác trên Mảng 1 chiều

Biểu diễn số:

 Hệ thập phân: 271 = 2 * 10 2 + 7 * 10 1 + 1 * 10 0

 Hệ nhị phân:

110110 = 1* 2 5 + 1 * 2 4 + 0 * 2 3 + 1 * 2 2 + 1 * 2 1 + 0 * 2 0

Qui tắc đổi từ thập phân sang cơ số n:

 Chia liên tiếp số cần đổi cho n

 Lấy số dư (các số <n) theo chiều ngược lại

Đổi cơ số

Ví dụ: đổi số 215 sang nhị phân

Nhận xét? Số dư tạo ra sau thì được hiển thị

trước -> phù hợp với cơ chế hoạt động của stack

-> dùng stack để lưu trữ các số dư sau mỗi

 Giải thuật chuyển đổi số thập phân n sang cơ số

//tính số dư của phép chia

//push số dư vào stack

Bài tập: hãy biến đổi số thập phân 347 sang cơ

số 3 Minh họa tình trạng stack được sử dụng

để lưu trữ các số dư trong quá trình chuyển đổi.Đổi cơ số

Biểu thức dạng trung tố: dấu của các phép

toán hai ngôi luôn được đặt giữa 2 toán hạng

 Ví dụ: A + B * C A + B * C - D

(A+B) * C (A + B )* (C – D)

 Qui định thứ tự ưu tiên của các phép toán

 Dùng dấu ngoặc để phân biệt thứ tự thực

hiện

Ký pháp Ba Lan

Trung tố Tiền tố

A + B * C - D - + A* B C D (A + B )* (C – D) * + A B – C D

Trung tố Hậu tố

A + B * C - D A B C * + D - (A + B )* (C – D) A B + C D - *

Biểu diễn biểu thức bằng 1 stack dạng danh

Tính giá trị biểu thức dạng hậu tố

26

Giải thuật:

 Đọc biểu thức từ trái qua phải:

Trong khi chưa hết biểu thức:

• Nếu kí tự là toán hạng thì giữ lại giá trị

• Nếu là toán tử thì 2 giá trị vừa được giữ lại sẽ được

lấy ra và tính theo toán tử vừa được đọc; lưu lại giá trị vừa được tính

 Giá trị cuối cùng được lưu lại là giá trị của

biểu thức

Tính giá trị biểu thức dạng hậu tố

Nhận xét: 2 toán hạng được đọc sau được kết hợp với toán tử đọc trước -> giá trị nào vào sau

thì được xử lý trước

=> Phù hợp với cách hoạt động của stack

Tính giá trị biểu thức dạng hậu tố

3.3 w = z (x) y //tính giá trị w theo toán tử x

Tính giá trị biểu thức dạng hậu tố

Nhận xét:

 Nếu xuất hiện dấu „(„ thì phải có „)‟ tương ứng

 Dấu mở ngoặc gặp trước sẽ được đóng

ngoặc sau

 Khi gặp toán tử, phải chờ xác định toán hạng thứ 2 thì mới đặt toán tử sau toán hạng này Chuyển trung tố sang hậu tố

Dùng stack để lưu trữ dấu „(„ „)‟ và các toán tử

 Mã giả: P là biểu thức trung tố ban đầu, Q là biểu

thức kết quả dạng hậu tố

0.1 Push(‘(‘);

0.2 Thêm ‘)’ vào cuối P

while (chưa hết biểu thức P)

4 if (x là toán tử)

4.1 while( thứ tự ưu tiên (toán tử đầu

stack) >= x) 4.1.1 w = Pop();

Ví dụ 1: P = ( A + B ) * ( C - ( D + A ) )

Chuyển trung tố sang hậu tố

( (

+ ( (

+ ( ( (

* (

(

* (

(

* (

- (

* (

(

- (

* (

(

- (

* (

+ (

- (

* (

+ (

- (

* (

- (

* (

* (

Ví dụ 2: đổi biểu thức trung tố

P = A + (B * C – (D / E ^ F) * G) * H

sang biểu thức dạng hậu tố

Chuyển trung tố sang hậu tố

Trong trình biên dịch, stack được sử dụng để

lưu môi trường các thủ tục

Dùng trong một số bài toán của lý thuyết đồ thị

Khử đệ qui đuôi

Ứng dụng khác của stack

Cho biểu thức dạng trung tố P:

A / ( B + C ) + D * ( E + F )

a Hãy viết biểu thức dạng hậu tố ứng với P

b Minh họa tình trạng của stack qua các bước

thực hiện tính biểu thức hậu tố với A = 12, B =

7, C = 3, D = 2, E = 1, F = 5

Bài tập 1

Giới thiệu:

 Là cấu trúc chứa các đối tượng làm việc theo qui tắc vào trước ra trước (FIFO)

 Các đối tượng có thể được thêm vào hàng

đợi bất kì lúc nào nhưng chỉ có đối tượng

thêm vào đầu tiên mới được lấy ra khỏi hàng đợi

 Việc thêm vào diễn ra ở cuối, việc lấy ra diễn

Hàng đợi (Queue)

1 3 6 5 2

Lưu trữ hàng đợi

Thêm 1 đối tượng vào cuối hàng đợi

Lấy đối tượng ở đầu ra khỏi hàng đợi

Kiểm tra hàng đợi rỗng

Lấy thông tin của đối tượng ở đầu hàng đợi

Các thao tác trên hàng đợi

Khai báo hàng đợi như một DSLK với phần tử đầu (pHead) và đuôi (pTail)

Phần tử đầu: nơi lấy dữ liệu hàng đợi ra

Phần tử đuôi: nơi thêm phần tử vào

Lưu trữ hàng đợi bằng DSLK

Hàng đợi rỗng khi không có phần tử nào (DS

rỗng)

Khai báo:

BOOL IsEmpty (NODE* pHead)

Hàng đợi đầy khi không thể cấp phát thêm vùng nhớ

Khi thêm 1 phần tử vào hàng đợi, nếu không

cấp phát được vùng nhớ -> Thông báo hàng đợi đầy

Kiểm tra hàng đợi đầy

Khai báo:

int EnQueue ( QUEUE &Queue, NODE* x)

Giải thuật:

 Tương tự thao tác thêm đuôi

 Nếu không thêm được (do không cấp phát

được vùng nhớ) trả về giá trị cho biết hàng

đợi đầy

Thêm phần tử vào cuối hàng đợi

int EnQueue ( QUEUE &Queue, NODE* x)

Khai báo:

Data DeQueue ( QUEUE & Queue)

Giải thuật:

• Ghi nhận giá trị của phần tử ở đầu hàng đợi

• Xóa phần tử đầu ra khỏi hàng đợi

• Trả về giá trị đã ghi nhận Lấy phần tử đầu ra khỏi hàng đợi

Data DeQueue( QUEUE & Queue)

{

//kiểm tra stack rỗng?

if ( )

return NULLDATA ;

//ghi nhận giá trị đầu Queue

Data x = Queue.pHead -> data;

//xóa đầu Queue…

//trả về giá trị đã ghi nhận

return _;

Lấy 1 phần tử ra khỏi stack

Chỉ lấy thông tin của đối tượng đầu hàng đợi mà không hủy đối tượng khỏi hàng đợi

Khai báo:

Data Front ( QUEUE Queue)

Giải thuật:

 Kiểm tra hàng đợi rỗng?

 Trả về giá trị của phần tử đầu hàng đợi

Lấy thông tin đầu hàng đợi

Sinh viên tự nghiên cứu

Lưu trữ hàng đợi bằng mảng 1 chiều

Bộ đệm bàn phím của máy tính

Xử lý các lệnh trong máy tính: hàng đợi thông

điệp trong Windows, hàng đợi tiến trình …

Sử dụng giải 1 số bài toán lý thuyết đồ thị

Ứng dụng của hàng đợi

Cho hàng đợi ban đầu như sau: (hàng đợi có tối đa 6 phần tử)

Vẽ tình trạng của hàng đợi tương ứng với mỗi lần thực hiện thao tác sau:

a Bổ sung E vào hàng đợi

b Loại 2 phần tử khỏi hàng đợi

c Bổ sung I, J, K vào hàng đợi

d Loại 2 phần tử khỏi hàng đợi

Bài tập 2

Hỏi và đáp