第五章 栈和队列

回顾：容器的概念。线性表就是第一种容器。本章介绍另外两类最常用的容器，分别为栈(stack)和队列(queue)

---

一、概述：

栈和队列主要用于计算机过程中存储临时数据。当临时数据项数不能完全确定时，必须采用更复杂的存储机制和管理—-缓冲存储或缓存。栈和队列就是使用最多的缓冲存储结构。

栈、队列和数据使用顺序

栈和队列只支持数据项的存储和访问，不支持数据项之间的任何关系。集合很小，简单。最重要的是存入元素和取出元素的两个操作
栈是保证数据后进先出；队列是保证元素先进先出。
从实现的角度看，考虑最简单而且自然的技术，由于计算机存储器的特点，要实现栈或队列，最自然的技术就是用元素存储的顺序表示时间顺序，应该用线性表来作为栈和队列的实现结构。
Python的基本功能中已经包含了对栈的支持，可以用list实现栈的功能；Python的标准库还提供了一种支持队列用途的结构deque

二、栈

存入栈的元素之间没有任何具体关系，只有到来的时间先后顺序。这种基本性质能保证，在任何时刻可以访问、删除的元素都是在此之前最后存入的那个元素。因此，栈确定了一种默认元素访问顺序。

栈抽象数据类型

对于顺序表，后端插入和删除操作是O(1)操作，应该用这一端作为栈顶(采用顺序表实现，用表尾作栈顶)
对于链接表，前端插入和删除操作是O(1)操作，应该用head端来做为栈顶。

实例一、栈的顺序表实现

Python的list及其操作实际上提供了与栈的使用方式有关的功能，可以直接作为栈来使用。list线性表，顺序表，末端作为栈的前端，其他一些方法和list对应。

实例二、栈的链表实现

添加元素操作就是====链表的前向添加操作
self.top=LNode(elem,self.top)
删除元素
p=self.top; self.top=p.next; return p.elem;

三、栈的应用

1. 数据反转：考虑到栈的特点，后进先出。构造栈的过程完成了数据顺序的颠倒过程。
2. 括号匹配问题：在扫描正文中，遇到的闭括号与此前最近遇到且未匹配的开括号配对。如果最近的未匹配的与当前闭括号不匹配，那么匹配失败。
3. 表达式的表示、计算和变换：好复杂啊！
4. 栈与递归
   递归：在一个定义中引用了被定义的对象本身，被称为递归定义。
   要支持递归的实现，需要一个栈来保存递归函数执行时每层调用的局部信息，留待函数调用返回后继续使用。

四、队列

队列的特点是保证在任何时候可访问/删除元素都是在此前最早进入队列的。队列是先进先出。利用数据的线性表来存储顺序，表示数据存储时间的先后顺序

队列的链表实现

队列要求：先进先出。故对于链表来说，尾端插入，首端删除
单链表：首端删除为O(1);尾端添加为O(n)
改进的单链表(增加尾结点)：首端方便删除，末端方便增加，都是O(1)

队列的list实现

较麻烦

队列的应用

1. 打印机的管理程序：管理者一个缓存打印任务的队列。
2. 万维网服务器：先来先服务的原则
3. Windows系统消息队列
4. 等等

五、迷宫求解和状态空间搜索

好复杂–待解决

六、补充

几种与栈或队列相关的结构

双端队列：python标准库的collections包定义了deque类(双链表技术)，提供双端队列。

几个问题的讨论

连续的进行一批内存访问是局部的，操作速度会快很多，因此，尽可能使对计算机内存的使用局部化。顺序表就是典型，应尽量使用。链表的结点在内存中任意分配，因此内存层面就是许多随机单元的跳来跳去。链表灵活性高，但效率会有明显的付出。

本章总结

栈：先进后出；队列：先进先出。与时间线性相关

栈：用单链表实现。 前向增加元素；首端弹出元素。都是O(1)
队列：用尾结点的单链表实现。尾端增加元素，首端弹出元素