03-栈和队列-11

数据结构中的栈和队列是两种基础且重要的抽象数据类型，它们在计算机科学和软件工程中扮演着核心角色。栈通常被称为“后进先出”（LIFO, Last In First Out）的数据结构，而队列则被称为“先进先出”（FIFO, First In First Out）的数据结构。 栈的基本操作包括： 1. **压栈（Push）**：将一个新元素添加到栈顶。 2. **弹栈（Pop）**：移除栈顶的元素。 3. **查看栈顶元素（Top）**：获取但不移除栈顶的元素。 4. **检查栈是否为空（IsEmpty）**：确定栈中是否有元素。 在C#中，可以使用`System.Collections.Generic.Stack<T>`类来实现栈。 队列的基本操作包括： 1. **入队（Enqueue）**：在队列的尾部添加新元素。 2. **出队（Dequeue）**：移除队头的元素。 3. **查看队头元素（Front）**：获取但不移除队头的元素。 4. **查看队尾元素（Back）**：获取但不移除队尾的元素。 5. **检查队列是否为空（IsEmpty）**。在C#中，可以使用`System.Collections.Generic.Queue<T>`类来实现队列。 栈在计算机科学中的应用广泛，例如： - **函数调用栈**：每当执行一个函数调用时，系统会为该函数创建一个新的栈帧，存储参数、局部变量和返回地址，函数执行完毕后，栈帧被弹出。 - **括号匹配问题**：通过栈来检查一个字符串中的括号是否正确配对。遇到左括号时，将其压栈，遇到右括号时，检查栈顶元素是否为其对应的左括号，如果是，则匹配成功，否则失败。这种方法可以避免传统递归方法中的一些问题。 队列常用于： - **轮训调度**：例如，多任务环境下的任务调度，新任务加入队列尾部，系统按照顺序处理任务。 - **深度优先与广度优先遍历算法**：在图或树的遍历中，深度优先搜索（DFS）常使用栈，而广度优先搜索（BFS）则使用队列。 栈与队列的扩展： - **优先队列**：一种特殊的队列，其中元素的出队顺序不是基于它们进入队列的顺序，而是基于一个优先级。C#中可以通过`System.Collections.Generic.PriorityQueue<T>`类实现。 - **栈 + get_max()**：在栈的基础上增加一个功能，能够随时获取栈中当前的最大元素，这可能需要额外的数据结构来辅助。 - **使用栈模拟队列**：通过两个栈实现队列的功能，一个栈用于入队，另一个用于出队，可以解决某些场景下栈和队列转换的需求。 理解并熟练运用栈和队列对于编程和算法设计至关重要，它们是解决许多复杂问题的基础工具。在学习和实践中，不断加深对这两种数据结构的理解，能够提升解决问题的效率和能力。