Bài giảng Cấu trúc dữ liệu và Giải thuật - Ngăn xếp và Hàng Đợi - Phạm Ngọc Nam

Cấu Trúc Dữ Liệu & Giải Thuật Stack and Queue GV : Phạm Ngọc Nam Khoa : CNTT Email: [email protected] 2Stack (Ngăn xếp) Giới thiệu Các thao tác cơ bản Các ứng dụng 3Queue (Hàng Đợi) Giới thiệu Các thao tác cơ bản Ứng dụng 4 Một chồng Sách Vở ở trên bàn  Một chồng Đĩa  Nhận xét gì từ các ví dụ trên? Giới thiệu Một số hình ảnh thông dụng 5 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 kỳ lúc nào, nhưng chỉ có đối tượng vào sau cùng mới được phép lây ra khỏi ngăn xếp. Giới thiệu Định nghĩa: 6 Lưu trữ Ngăn Xếp.  khởi tạo Stack rỗng  Kiểm tra Ngăn Xếp rỗng.  Thêm một phần tử vào Ngăn Xếp.  Lấy một phần tử ra khỏi Ngăn Xếp.  Lấy thông tin của phần tử đầu Ngăn Xếp. Các thao tác trên ngăn xếp 7 Thêm vào đầu danh sách(AddHead): phần tử mới thêm nằm ở đầu danh sách  Truy xuất danh sách: Truy xuất phần tử nằm ở đầu trước. => Thích hợp với tính chất của Ngăn Xếp. Lưu trữ Stack bằng DSLK 8Lưu trữ Stack bằng DSLK 9 Cài đặt  khai báo cấu trúc 1 phần tử trong Stack struct NodeStack{ dataType data; NodeStack *pNext; };  khai báo cấu trúc Stack struct Stack{ int count; NodeStack *pHead; }; Lưu trữ Stack bằng DSLK 10  Cài đặt: void InitStack(Stack &s) { s.count = 0; s.pHead==NULL) } Khởi tạo Stack 11  Ngăn xếp rỗng khi không chứa phần tử nào.  Cài đặt: bool IsEmpty(const Stack s) { if(s.pHead==NULL) return true; return false; } Kiểm tra Stack Rỗng 12  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 Stack đầy bool IsFull(const Stack &s) { NodeStack *pNew=new NodeStack; if(pNew == NULL)// nếu ko tạo đc stack đầy return true; return false;// stack ko đầy } 13  Giải Thuật:  Tương tự thao tác thêm đầu(AddHead).  Nếu không thêm được(do không cấp phát được vùng nhớ) trả về giá trị cho biết ngăn xếp đầy.  Cài đặt: Thêm một phần tử 14  Cài đặt: int Push(Stack &s, int x) { NodeStack *pNew = new NodeStack; if(pNew == NULL) return 0;// ko cấp phát được vùng nhớ, stack đầy pNew -> data = x; pNew -> pNext = NULL; if(s.pHead == NULL){ s.pHead = pNew; return 1; } else{ pNew -> pNext = s.pHead; s.pHead = pNew; return 1; } } Thêm một phần tử 15  Cài đặt cách khác int Push(Stack &s, int x) { if(IsFull(s)) return 0;// stack đầy ko thêm đc NodeStack *pNew = new NodeStack; pNew -> data = x; pNew -> pNext = s.pHead; s.pHead = pNew; s.count ++; return 1; // thêm thành công } Thêm một phần tử 16  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.  Trả về giá trị đã ghi nhận. Lấy một phần tử ra khỏi ngăn xếp 17  Cài đặt DataType * Pop(Stack &s) { // Kiểm tra Ngăn Xếp rỗng if(.) return 0; // Ghi nhận giá trị đầu Ngăn Xếp datatype x= l.pHead->data; // Xóa đầu Ngăn Xếp / / Trả về giá trị đã ghi nhân return ; } Lấy một phần tử ra khỏi ngăn xếp 18  Cài đặt int Pop(Stack &s) { if(s.pHead = = NULL) return 0; // stack rỗng không lấy ra được NodeStack * pNew = s.pHead; s.pHead = pNew ->pNext; delete pNew ; s.count --; return 1; // xóa thành công } Lấy một phần tử ra khỏi ngăn xếp 19  Cài đặt int Pop(Stack &s, int &outdata) { if(IsEmpty(s)) return 0; // stack rỗng không lấy ra được NodeStack * pNew = s.pHead; outdata = pNew -> data; s.pHead = pNew ->pNext; delete pNew ; s.count --; return 1; // lấy ra thành công } Lấy một phần tử ra khỏi ngăn xếp 20  Lưu vết trong các giải thuật “back-tracking”  Bài toán “N quân hậu” Các ứng dựng của Stack 21 Queue (Hàng Đợi) 21 Giới thiệu Các thao tác cơ bản Ứng dụng 22  Queue là cấu trúc chứa các đối tượng làm việc theo qui tắc “ Vào sau 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 ra ở đầu. Giới thiệu 23  Lưu trữ Queue.  kiểm tra Queue rỗng Thêm một phần tử vào cuối Queue.  Lấy một phần tử ở đầu ra khỏi Queue.  Lấy thông tin của đối tượng ỏ đầu Queue. Các thao tác trên Queue 24  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 Queue bằng DSLK 25  Hàng đợi rỗng khi không có phần tử nào (DS rỗng) Kiểm tra Queue rỗng  Cài đặt bool IsEmpty(NodeQueue *q) { if(q->pHead = = NULL) return true; return false; } 26  Hàng đợi đầy khi không thể cấp phát thêm vùng nhớ. Kiểm tra Queue đầy  Khi thêm 1 phần tử vào hàng đợi, nếu không cấp phát được vùng nhớ -> Thông báo hàng đợi đầy  Cài đặt bool IsFull() { if() } 27  Giải thuật:  Tương tự thao tác thêm cuối. Thêm phần tử vào cuối Queue  Nếu không thêm được (do không cấp phát được vùng nhớ) trả về giá trị cho biết hàng đợi đầy  Cài đặt: int EnQueue (NODE *&pHead, NODE *&pTail, Data x) { //tạo 1 nút mới if() return 0; //thêm nút mới vào đuôi return 1; } 28  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 Queue  Cài đặt: Data DeQueue(NODE*& pHead, NODE*& pTail) { //kiểm tra Queue rỗng? if() return ; ////ghi nhận giá trị đầu Queue Data x = pHead -> data; //xóa đầu Queue //trả về giá trị đã ghi nhận return _______; } 29  Giải thuật:  Chỉ lấy thông tin của đối tượng đầu hàng đợi mà không hủy đối tượng khỏi hàng đợi. Lấy phần tử đầu Queue  Cài đặt:  Kiểm tra hàng đợi rỗng?  Trả về giá trị của phần tử đầu hàng đợi. Data DeQueue(NODE*& pHead) { . } 30  Sử dụng giải 1 số bài toán lý thuyết đồ thị. Các ứng dựng của Queue