栈
栈(Stack)是一种线性存储结构，它具有如下特点：栈中的数据元素遵守”后进先出”(First In Last Out)的原则，简称FILO结构。限定只能在栈顶进行插入和删除操作。”
1586661325323.jpg
1.栈的顺序存储
#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */
typedef int Status;
typedef int SElemType; /* SElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */
/* 顺序栈结构 */
typedef struct
{
SElemType data[MAXSIZE];
int top; /* 用于栈顶指针 */
}SqStack;
//4.1 构建一个空栈S
Status InitStack(SqStack *S){
S->top = -1;
return OK;
}
//4.2 将栈置空
Status ClearStack(SqStack *S){
//疑问: 将栈置空,需要将顺序栈的元素都清空吗?
//不需要,只需要修改top标签就可以了.
S->top = -1;
return OK;
}
//4.3 判断顺序栈是否为空;
Status StackEmpty(SqStack S){
if (S.top == -1)
return TRUE;
else
return FALSE;
}
//4.4 返回栈的长度
int StackLength(SqStack S){
return S.top + 1;
}
//4.5 获取栈顶
Status GetTop(SqStack S,SElemType *e){
if (S.top == -1)
return ERROR;
else
*e = S.data[S.top];
return OK;
}
//4.6 插入元素e为新栈顶元素
Status PushData(SqStack *S, SElemType e){
//栈已满
if (S->top == MAXSIZE -1) {
return ERROR;
}
//栈顶指针+1;
S->top ++;
//将新插入的元素赋值给栈顶空间
S->data[S->top] = e;
return OK;
}
//4.7 删除S栈顶元素,并且用e带回
Status Pop(SqStack *S,SElemType *e){
//空栈,则返回error;
if (S->top == -1) {
return ERROR;
}
//将要删除的栈顶元素赋值给e
*e = S->data[S->top];
//栈顶指针--;
S->top--;
return OK;
}
//4.8 从栈底到栈顶依次对栈中的每个元素打印
Status StackTraverse(SqStack S){
int i = 0;
printf("此栈中所有元素");
while (i<=S.top) {
printf("%d ",S.data[i++]);
}
printf("\n");
return OK;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
// insert code here...
printf("顺序栈的表示与实现!\n");
SqStack S;
int e;
if (InitStack(&S) == OK) {
for (int j = 1 ; j < 10; j++) {
PushData(&S, j);
}
}
printf("顺序栈中元素为:\n");
StackTraverse(S);
Pop(&S, &e);
printf("弹出栈顶元素为: %d\n",e);
StackTraverse(S);
printf("是否为空栈:%d\n",StackEmpty(S));
GetTop(S, &e);
printf("栈顶元素:%d \n栈长度:%d\n",e,StackLength(S));
ClearStack(&S);
printf("是否已经清空栈 %d, 栈长度为:%d\n",StackEmpty(S),StackLength(S));
return 0;
}
打印结果
image.png
Swift实现
struct Stack<T> {
/// 声明一个泛型数组，用于存储栈中的元素(栈结构的后备存储器)
private var elements = [T]()
/// 返回栈结构中元素的个数
public var count: Int {
// 返回数组elements中的元素个数
return elements.count
}
/// 获取或者设置栈的存储容量
public var capacity: Int {
// 获取栈的存储容量
get {
// 返回数组elements的容量
return elements.capacity
}
// 设置栈的最小容量
set {
// 设置数组elements的最小容量
elements.reserveCapacity(newValue)
}
}
/// 初始化方法(创建栈实例)
public init() {}
/// 使用push方法执行入栈操作
public mutating func push(element: T) {
// 判断栈是否已满
if count == capacity {
fatalError("栈已满，不能再执行入栈操作！")
}
// 使用数组的append()方法将元素添加到数组elements中
self.elements.append(element)
}
/// 使用pop方法执行出栈操作
@discardableResult
public mutating func pop() -> T? {
// 判断栈是否已空
if count == 0 {
fatalError("栈已空，不能再执行出栈操作！")
}
// 移除数组elements的最后一个元素
return elements.popLast()
}
/// 返回栈顶元素
public func peek() -> T? {
// 返回数组elements的最后一个元素(但是不移除该元素)
return elements.last
}
/// 清空栈中所有的元素
public mutating func clear() {
// 清空数组elements中所有的元素
elements.removeAll()
}
/// 判断栈是否为空
public func isEmpty() -> Bool {
// 判断数组elements是否为空
return elements.isEmpty
}
/// 判断栈是否已满
public func isFull() -> Bool {
// 对数组的存储情况进行判断
if count == 0 {
// 如果数组为空，则表示栈还未存储数据元素
return false
} else {
// 如果数组不为空，则返回数组的存储容量
// 然后再根据实际存储情况判断栈是否已满
return count == elements.capacity
}
}
}
栈的链式存储
#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */
typedef int Status;
typedef int SElemType; /* SElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */
/* 链栈结构 */
typedef struct StackNode
{
SElemType data;
struct StackNode *next;
}StackNode,*LinkStackPtr;
typedef struct
{
LinkStackPtr top;
int count;
}LinkStack;
/*5.1 构造一个空栈S */
Status InitStack(LinkStack *S)
{
S->top=NULL;
S->count=0;
return OK;
}
/*5.2 把链栈S置为空栈*/
Status ClearStack(LinkStack *S){
LinkStackPtr p,q;
p = S->top;
while (p) {
q = p;
p = p->next;
free(q);
}
S->count = 0;
return OK;
}
/*5.3 若栈S为空栈,则返回TRUE, 否则返回FALSE*/
Status StackEmpty(LinkStack S){
if (S.count == 0)
return TRUE;
else
return FALSE;
}
/*5.4 返回S的元素个数,即栈的长度*/
int StackLength(LinkStack S){
return S.count;
}
/*5.5 若链栈S不为空,则用e返回栈顶元素,并返回OK ,否则返回ERROR*/
Status GetTop(LinkStack S,SElemType *e){
if(S.top == NULL)
return ERROR;
else
*e = S.top->data;
return OK;
}
/*5.6 插入元素e到链栈S (成为栈顶新元素)*/
Status Push(LinkStack *S, SElemType e){
//创建新结点temp
LinkStackPtr temp = (LinkStackPtr)malloc(sizeof(StackNode));
//赋值
temp->data = e;
//把当前的栈顶元素赋值给新结点的直接后继, 参考图例第①步骤;
temp->next = S->top;
//将新结点temp 赋值给栈顶指针,参考图例第②步骤;
S->top = temp;
S->count++;
return OK;
}
/*5.7 若栈不为空,则删除S的栈顶元素,用e返回其值. 并返回OK,否则返回ERROR*/
Status Pop(LinkStack *S,SElemType *e){
LinkStackPtr p;
if (StackEmpty(*S)) {
return ERROR;
}
//将栈顶元素赋值给*e
*e = S->top->data;
//将栈顶结点赋值给p,参考图例①
p = S->top;
//使得栈顶指针下移一位, 指向后一结点. 参考图例②
S->top= S->top->next;
//释放p
free(p);
//个数--
S->count--;
return OK;
}
/*5.8 遍历链栈*/
Status StackTraverse(LinkStack S){
LinkStackPtr p;
p = S.top;
while (p) {
printf("%d ",p->data);
p = p->next;
}
printf("\n");
return OK;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
// insert code here...
printf("链栈定义与实现\n");
int j;
LinkStack s;
int e;
if(InitStack(&s)==OK)
for(j=1;j<=10;j++)
Push(&s,j);
printf("栈中元素依次为：");
StackTraverse(s);
Pop(&s,&e);
printf("弹出的栈顶元素 e=%d\n",e);
StackTraverse(s);
printf("栈空否：%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));
GetTop(s,&e);
printf("栈顶元素 e=%d 栈的长度为%d\n",e,StackLength(s));
ClearStack(&s);
printf("清空栈后，栈空否：%d(1:空 0:否)\n",StackEmpty(s));
return 0;
}
打印结果
image.png
3.栈和递归
递归，就是在运行的过程中调用自己。
构成递归需具备的条件
- 子问题须与原始问题为同样的事，且更为简单；
- 不能无限制地调用本身，须有个出口，化简为非递归状况处理。
递归的基本思想，是把规模较大的一个问题，分解成规模较小的多个子问题去解决，而每一个子问题又可以继续拆分成多个更小的子问题。
递归的缺点：
递归算法解题相对常用的算法如普通循环等，运行效率较低。因此，应该尽量避免使用递归，除非没有更好的算法或者某种特定情况，递归更为适合的时候。在递归调用的过程当中系统为每一层的返回点、局部量等开辟了栈来存储。递归次数过多容易造成栈溢出等。
一个简单的二阶斐波拉契数列实例
如果兔⼦2个月之后就会有繁衍能力,那么一对兔子每个月能生出一对兔子; 假设所有的兔子都不死,那么n个月后能⽣成多少只兔子?
image.png
肉眼可见每个月的兔子对数都是前两个月的兔子的数量之和，这就是斐波拉契数列。
使用递归的方式方法来解决还是比较简单的，代码如下。
int Fbi(int i){
if(i<2)
return i == 0?0:1;
return Fbi(i-1)+Fbi(i-2);
}
网友评论