大数据结构与算法源代码.docx

1、大数据结构与算法源代码课程说明：数据结构一共四天课程，day01day04.CSD DataStructure DAY011. 基于顺序表的堆栈2. 基于链式表的堆栈1 基于顺序表的堆栈栈是一种特殊的线性表，是限定在线性表表尾进行插入删除操作的线性表。由栈的概念衍生出几个子概念，它们是：1)栈顶，即允许进行插入、删除操作的一端，又称为表尾，用栈顶指针()来指示栈顶元素。2)栈底，即固定端，又称为表头3)空栈，即栈当中没有数据元素。顺序栈是采用顺序存储结构的栈，即使用一组连续的存储单元（一般使用数组）来模拟栈，依次存放栈中的数据元素。1.1 方案顺序栈的基本操作包括：1) 初始化操作，在初始化操

2、作中将建立一个空栈。2) 判断栈空，判断栈中的数据元素个数是否为0。3) 入栈，在栈中加入一个数据元素。4) 出栈，在栈中删除一个数据元素。5) 取栈顶元素，将栈顶元素取出，但并不在栈中删除该元素。1.2 步骤实现此案例需要按照如下步骤进行。步骤一：定义栈在C语言中：1)定义一个一维数组来表示栈的顺序存储空间。2)定义一个变量来指出栈顶的位置。3)这两方面的信息共同描述一个栈，可将它们用结构体封装在一起。代码如下：1. #define LISTSIZE 102. typedef int DataType;3. struct Stack 4. DataType dataLISTSIZE;5. i

3、nt ; /除了记录大小 还可以记录栈顶位置6. ;上述代码中，以下代码：1. #define LISTSIZE 100是用一个宏常量来定义顺序表的容量，这样定义的好处是当需要修改顺序表的容量的时候，只需要修改该宏常量即可。上述代码中，以下代码：1. typedef int DataType;是将数据类型int起了一个别名叫做DataType，并在后面的程序中只使用DataType，而不使用int。这样做的好处是当堆栈中的数据类型发生变化时，只需要修改此句中的int为要改变的数据类型，即可将程序中所有数据变量的数据类型变成指定的类型。步骤二：初始化操作在主程序中，定义栈结构体的变量。在初始化函

4、数中将该变量中的栈顶指针初始化为0，表示为空栈。代码如下：1. void init(struct Stack *stack)2. 3. stack- = 0;4. 5. int main(int argc, const char * argv)6. 7. struct Stack stack;8. init(&stack);9. 步骤三：判断栈空判断栈空实际上是判断栈顶指针是否为0，因为当栈顶指针为0时，代表栈中没有数据元素。代码如下：1. bool empty(struct Stack* stack) 2. return stack- = 0;3. 步骤四：入栈入栈是在栈中加入一个数据元素，

5、在入栈时，首先需要判断栈是否为满，如果栈满了，则就不能在向其中添加元素了，判断栈是否满的操作只有在顺序存储结构才会出现，因为采用顺序存储结构的栈是要事先定义栈的容量的。然后将数据元素放入栈中，并使栈顶指针加1，指向下一个位置。代码如下：1. void push(struct Stack* stack, DataType d) 2. if (stack- = LISTSIZE)3. return;4. stack-datastack-+ = d;5. 上述代码中，以下代码：1. if (stack- = LISTSIZE)是判断栈是否满，判断栈顶指针是否与栈的容量相等，如果是，则表示栈已经满了。

6、步骤五：出栈出栈操作实际上是将栈中的栈顶元素删除，在出栈时，首先判断栈是否为空，如果栈为空则代表栈中已经没有数据元素了，此时是不可能进行出栈操作的。然后，将栈顶指针减1。代码如下：1. void pop(struct Stack* stack) 2. if (empty(stack)3. return;4. stack-;5. 步骤六：取栈顶元素取栈顶元素操作实际上是仅返回栈顶元素，而栈顶指针并不变动。在取栈顶元素时，首先也要判断栈是否为空，因为空栈同样是不可能有数据元素的。代码如下：1. DataType Data(struct Stack* stack) 2. return stack-d

7、atastack- - 1;3. 1.3 完整代码本案例的完整代码如下所示：1. #include 2. #include 3. 4. #define LISTSIZE 105. typedef int DataType;6. struct Stack 7. DataType dataLISTSIZE;8. int ; /处了记录大小 还可以记录栈顶位置9. ;10. 11. void init(struct Stack* stack)12. 13. stack- = 0;14. 15. 16. bool empty(struct Stack* stack) 17. return stack-

8、 = 0;18. 19. 20. void push(struct Stack* stack, DataType d) 21. if (stack- = LISTSIZE)22. return;23. stack-datastack-+ = d;24. 25. 26. void pop(struct Stack* stack) 27. if (empty(stack)28. return;29. stack-;30. 31. 32. DataType Data(struct Stack* stack) 33. return stack-datastack- - 1;34. 35. 36. 37

9、. int main()38. 39. struct Stack stack;40. init(&stack);41. push(&stack, 30);42. push(&stack, 60);43. push(&stack, 80);44. 45. while (!empty(&stack) 46. printf(%d , Data(&stack);47. pop(&stack);48. 49. printf(n);50. 51. return 0;52. 2 基于链式表的堆栈2.1 问题链栈是采用链式存储结构的栈，即使用一组不要求连续的存储空间来模拟栈。每个栈元素为一个节点， 每个节点中

10、包含两个域，一个是数据域，用于存储栈元素的数据；另一个是指针域，用于存储下一个栈元素的地址。2.2 方案链栈的基本操作包括：1) 初始化操作，在初始化操作中将栈顶指针置空。2) 判断栈空，判断栈顶指针是否为空。3) 入栈，在栈中加入一个数据元素。4) 出栈，在栈中删除一个数据元素。5) 取栈顶元素，将栈顶元素取出，但并不在栈中删除该元素。2.3 步骤实现此案例需要按照如下步骤进行。步骤一：定义栈元素节点在C语言中：1)定义一个变量来表示栈元素的数据。2)定义一个指针来指向下一个栈元素的位置。3)这两方面的信息共同描述一个栈元素节点，可将它们用结构体封装在一起。代码如下：1. typedef i

11、nt DataType;2. struct Stack 3. DataType data;4. struct Stack *next;5. ;上述代码中，以下代码：1. struct Stack *next;是定义了一个指向下一个栈元素的指针，由于下一个栈元素的数据类型与当前栈元素的数据类型相同，所以指针的数据类型就是栈节点的指针数据类型。步骤二：初始化操作在主程序中，定义栈顶指针。在初始化函数中将栈顶指针初始化为NULL，表示为空栈。代码如下：1. void init(struct Stack* )2. 3. * = NULL;4. 5. int main()6. 7. struct Sta

12、ck *;8. init(&);9. return 0;10. 上述代码中，以下代码：1. void init(struct Stack* )定义了初始化函数的函数头，该函数有一个形参，是栈元素结构体指针的指针。之所以使用指针的指针，是因为栈顶指针在函数执行过程中会被置空，而这种变化需要带回主函数。步骤三：判断栈空判断栈空操作实际上就是判断栈顶指针是否为空。代码如下所示：1. bool empty(struct Stack* )2. 3. return = NULL;4. 步骤四：入栈入栈操作实际上就是在栈中加入一个数据元素，对于链栈，入栈操作本质上就是在栈中加入一个结点。代码如下所示：1.

13、void push(struct Stack* , DataType d)2. 3. struct Stack *newNode = (struct Stack*)malloc(sizeof(struct Stack);4. newNode-data = d;5. newNode-next = *;6. * = newNode;7. 上述代码中，以下代码：1. void push(struct Stack* , DataType d)定义了入栈函数的函数头，该函数有两个形参，第一个是栈结构的指针的指针，在这里使用指针的指针，还是因为需要将栈顶指针的变化带回主函数。第二个形参是需要入栈的数据。上

14、述代码中，以下代码：1. struct Stack *newNode = (struct Stack*)malloc(sizeof(struct Stack);是构造一个新的栈元素节点。上述代码中，以下代码：1. newNode-data = d;是将需要入栈的元素放入新的栈元素节点中。上述代码中，以下代码：1. newNode-next = *;是将新创建的栈元素节点加入到栈中原栈顶元素的前面，成为新的栈顶元素。上述代码中，以下代码：1. * = newNode;是栈顶指针指向新创建的栈顶元素。正是由于这行代码，使栈顶指针发生了变化，而这种变化需要带回到主程序，所以函数的第一个形参必须是指针

15、的指针。步骤五：出栈出栈操作实际上就是从栈中删除栈顶位置的元素，对于链栈，出栈操作本质上就是在栈中删除一个结点。代码如下所示：1. void pop(struct Stack* )2. 3. if (empty(*)4. return;5. struct Stack *tempNode = *;6. * = (*)-next;7. free(tempNode);8. 上述代码中，以下代码：1. if (empty(*)2. return;是判断链栈是否为空，如果栈为空是不能从栈中删除元素的。上述代码中，以下代码：1. struct Stack *tempNode = *;2. * = (*)-

16、next;3. free(tempNode);首先用一个临时指针保存原栈顶指针指向的栈元素地址，即出栈元素的地址，然后将栈顶指针指向下一个元素，这样栈中就减少了一个元素。最后释放临时指针指向的元素，即释放出栈元素所占的存储空间。步骤六：取栈顶元素取栈顶元素实际上就是将栈顶元素的值返回，对于链栈，本质上是将栈顶节点的数据返回。注意，在取栈顶元素时，首先要判断栈是否为空，空栈是没有数据元素的。代码如下：1. void Data(struct Stack* , DataType* data)2. 3. if (empty()4. return;5. *data = -data;6. 2.4 完整代码

17、本案例的完整代码如下所示：1. #include 2. #include 3. #include 4. 5. typedef int DataType;6. struct Stack 7. DataType data;8. struct Stack *next;9. ;10. 11. void init(struct Stack* )12. 13. * = NULL;14. 15. 16. bool empty(struct Stack* )17. 18. return = NULL;19. 20. 21. void push(struct Stack* , DataType d)22. 23

18、. struct Stack *newNode = (struct Stack*)malloc(sizeof(struct Stack);24. newNode-data = d;25. newNode-next = *;26. * = newNode;27. 28. 29. void pop(struct Stack* )30. 31. if (empty(*)32. return;33. struct Stack *tempNode = *;34. * = (*)-next;35. free(tempNode);36. 37. 38. void Data(struct Stack* , D

19、ataType* data)39. 40. if (empty()41. return;42. *data = -data;43. 44. 45. 46. int main()47. 48. struct Stack *;49. init(&);50. push(&, 30);51. push(&, 60);52. push(&, 80);53. 54. while (!empty() 55. int data;56. Data(, &data);57. printf(%d , data);58. pop(&);59. 60. printf(n);61. 62. return 0;63. 作业

20、：1 1. 逆波兰法求解四则运算表达式在计算机中，表达式的处理是很重要的一项工作。表达式被分成中缀表达式和后缀表达式两种形式。所谓中缀表达式就是我们日常书写表达式的方法，操作数在两边，运算符在中间，如1+2。这种表达式易于理解，但是很难被计算机解析。为了让计算机能够简单地解析表达式，可采用后缀表达式。后缀表达式又被称为逆波兰表示法，是将运算符至于操作数的后面，如中缀表达式1+2表示成后缀表达式为12+。后缀表达式中的一个特点是不需要使用括号，就可以准确地表示表达式的优先级，如中缀表达式1+2*3表示成后缀表达式后为123*-，而中缀表达式（1+2）*3表示成后缀表达式则为12+3*。本案例的工

21、作是先将中缀表达式转换成后缀表达式，然后计算后缀表达式。参考答案实现此案例需要按照如下步骤进行。步骤一：定义两个栈首先，定义一个字符数组，用于存放待转换的字符串。定义一个“结果栈”，用于存放转换过程中的每一步结果。定义一个“运算符栈”，用于存放转换过程中的运算符。代码如下所示：1. #include 2. #include 3. 4. #define LISTSIZE 105. typedef int DataType;6. 7. struct Stack 8. DataType dataLISTSIZE;9. int ; /处了记录大小 还可以记录栈顶位置10. ;11. 12. void

22、init(struct Stack* stack)13. 14. stack- = 0;15. 16. 17. void push(struct Stack* stack, DataType d) 18. stack-datastack-+ = d;19. 20. 21. void pop(struct Stack* stack) 22. stack-;23. 24. 25. DataType (struct Stack* stack) 26. return stack-datastack- - 1;27. 28. 29. bool empty(struct Stack* stack) 30.

23、 return stack- = 0;31. 32. 33. bool prior(char op1, char op2) 34. return (op1 = * | op1 = /) & (op2 = + | op2 = -);35. 36. 37. int main() 38. char expr = 1+2*3/(4-1);39. struct Stack res;/结果栈40. struct Stack oper;/运算符栈41. init(&res);42. init(&oper);43. 步骤二：逐个读取字符串中的字符，直到结束设置一个循环，逐个从字符数组expr中读取字符，直到遇

24、见字符0。代码如下所示：1. #include 2. #include 3. 4. #define LISTSIZE 105. typedef int DataType;6. 7. struct Stack 8. DataType dataLISTSIZE;9. int ; /处了记录大小 还可以记录栈顶位置10. ;11. 12. void init(struct Stack* stack)13. 14. stack- = 0;15. 16. 17. void push(struct Stack* stack, DataType d) 18. stack-datastack-+ = d;19

25、. 20. 21. void pop(struct Stack* stack) 22. stack-;23. 24. 25. DataType (struct Stack* stack) 26. return stack-datastack- - 1;27. 28. 29. bool empty(struct Stack* stack) 30. return stack- = 0;31. 32. 33. bool prior(char op1, char op2) 34. return (op1 = * | op1 = /) & (op2 = + | op2 = -);35. 36. 37.

26、int main() 38. char expr = 1+2*3/(4-1);39. struct Stack res;/结果栈40. struct Stack oper;/运算符栈41. init(&res);42. init(&oper);43. 44. for (int i = 0; expri != 0; i+) 45. char ch = expri;46. 47. 步骤三：将数字放入“结果栈”中判断读出的字符是否是数字，如果是数字，则将该数字放入“结果栈”中。代码如下所示：1. #include 2. #include 3. 4. #define LISTSIZE 105. typ

27、edef int DataType;6. 7. struct Stack 8. DataType dataLISTSIZE;9. int ; /处了记录大小 还可以记录栈顶位置10. ;11. 12. void init(struct Stack* stack)13. 14. stack- = 0;15. 16. 17. void push(struct Stack* stack, DataType d) 18. stack-datastack-+ = d;19. 20. 21. void pop(struct Stack* stack) 22. stack-;23. 24. 25. Data

28、Type (struct Stack* stack) 26. return stack-datastack- - 1;27. 28. 29. bool empty(struct Stack* stack) 30. return stack- = 0;31. 32. 33. bool prior(char op1, char op2) 34. return (op1 = * | op1 = /) & (op2 = + | op2 = -);35. 36. 37. int main() 38. char expr = 1+2*3/(4-1);39. struct Stack res;/结果栈40. struct Stack oper;/运算符栈41. init(&res);42. init(&oper);43. 44. for (int i = 0; expri != 0; i+) 45.