(转)(c#)数据结构与算法分析 栈与队列

 

栈stack    
    栈是一种先进后出机制,它只允许访问访问一个数据项,即 栈顶(最后插入的数据项)。它有主要的三种操作:push,向栈内压入值;pop,弹出栈顶的值,即返回栈顶的值,并把它从栈内删除;peek,只返回但不删除栈顶。
    
    概念很容易理解,无非就像给弹匣压子弹等等这种类比,但是像我这样的新手在刚接触到栈的时候总是很迷茫,认为它很难,其实这只是错觉,主要是因为没有搞清楚栈主要用在那些场景。

    栈普遍应用于编译器、文本检测、科学计算等等,在编译器中,它用来检测一个函数体等是否为封闭的(括号是否成对等等),在文本检测中,想想你的vs,如果最后没有大括号它就会检测出来,和编译器中一样,在科学计算中,就像商店能买到的那些高级计算器,输入一个算式可以直接计算出来结果,而不像普通计算器中,只能输入数字,然后在按键一步一步计算,以上这些应用场景,归根结底都是对文本的检测,现在知道栈的用途了吧,后面将结合队列一起练练手。

队列queue
    顾名思义,就是一堆东西成队排列了,它是先进先出机制(FIFO)与栈相反,栈是后进后出(LIFO)。它的主要操作有:Enqueue,向队尾添加值;Dequeue,返回并移除对头的值;peek,返回但不移除对头的值。

    队列很容易理解,它主要应用在网络通信、系统等。windows的所有事件都是放在队列里面的。

    最典型的,就是系统的任务分配了,每个进程或线程都分配在某些队列里,方便cpu时间片的分配调度,任务的运行不可能是你最后打开的程序先运行吧,当然它有优先级,这个排除在外。

栈的应用
    现在搞清楚了栈和队列的应用场景,那就趁热打铁,练练手。

    现在,按部就班的实现一个科学表达式的计算。

    首先了解一下计算机是怎么计算类似于 1*(2+3)+4/2 这样的计算。对于大脑来说,这个算式简单到不能再简单了,但是电脑却不是如此,得让它明白那个先算,那个后算,以及哪些是操作符(运算符)哪些不是(例如括号)。

    像我们经常使用的这种算式称为 中缀式 ,就是运算符都在两个操作符中间了,这种中缀式对于我们人脑来说,并不是顺序执行的,它可以从中间先开始,比如1+2*3 ,这正是电脑很难理解中缀式的原因,因为他总是顺序执行的。那么,我们就得把中缀式换成 后缀式(postfix)  或称作 逆波兰记法(reverse Polish notation)。

    中缀式就是把运算符放到两个操作数后边,让算式保持顺序计算(对于我们人脑也是如此)。具体怎么放,大家看看下面的例子就明白了。
     
    
示例 1:

中缀式

后缀式

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

    结合上边的示例,会发现后缀式并没有描述优先级的括号,这是因为括号并不是运算符。大家在自己动手做两个,就掌握这种方法了。
    
    程序中如何实现这种转换呢?那就要依靠强大的栈了。

中追到后缀的转换 
   
  • 当读到一个操作数时,立即把它放到输出中,即显示出来。操作符不立即输出,从而必须先存在某个地方,例如栈或变量。当遇到一个左括号时也把它放入栈中。计算是从一个初始化为空的栈开始。
  • 如果栈为空,则将符号入栈。
  • 如果遇见一个右括号,那么就将栈元素弹出并输出,直到遇到一个(相对应的)左括号,但是这个左括号只弹出,并不输出。
  • 如果遇见优先级与栈首元素相同或比较低的符号,则将栈的所有元素弹出并输出,直到遇见一个左括号为止,这个左括号只弹出,并不输出,最后,将遇到的那个符号入栈。
  • 如果遇见优先级与栈首元素高的符号(右括号除外),则把它入栈。
  • 如果遇见右括号,则弹出并输出所有元素,直到遇到一个与之相对应的左括号,这个左括号只弹出不输出。
  • 如果读到末尾了,则将栈中元素弹出并输出,直到栈为空,左括号只弹出不显示


     

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