Стек — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
(На массиве)
(На списке)
Строка 37: Строка 37:
 
Стек можно реализовать и на [[Список | списке]]. Для этого необходимо создать список и операции работы стека на созданном списке. Ниже представлен пример реализации стека на односвязном списке. Стек будем "держать" за голову. Добавляться новые элементы посредством операции <tex> \mathrm {push} </tex> будут перед головой, сами при этом становясь новой головой, а элементом для изъятия из стека с помощью <tex> \mathrm {pop} </tex> будет текущая голова. После вызова функции <tex> \mathrm {push} </tex> текущая голова уже станет старой и будет являться следующим элементом за добавленным, то есть ссылка на следующий элемент нового элемента будет указывать на старую голову. После вызова функции <tex> \mathrm {pop} </tex> будет получена и возвращена информация, хранящаяся в текущей голове. Сама голова будет изъята из стека, а новой головой станет элемент, который следовал за изъятой головой.
 
Стек можно реализовать и на [[Список | списке]]. Для этого необходимо создать список и операции работы стека на созданном списке. Ниже представлен пример реализации стека на односвязном списке. Стек будем "держать" за голову. Добавляться новые элементы посредством операции <tex> \mathrm {push} </tex> будут перед головой, сами при этом становясь новой головой, а элементом для изъятия из стека с помощью <tex> \mathrm {pop} </tex> будет текущая голова. После вызова функции <tex> \mathrm {push} </tex> текущая голова уже станет старой и будет являться следующим элементом за добавленным, то есть ссылка на следующий элемент нового элемента будет указывать на старую голову. После вызова функции <tex> \mathrm {pop} </tex> будет получена и возвращена информация, хранящаяся в текущей голове. Сама голова будет изъята из стека, а новой головой станет элемент, который следовал за изъятой головой.
  
Заведем конструктор вида ListItem(ListItem next, T data)
+
Заведем конструктор вида <code>ListItem(ListItem next, T data)</code>
 
Ключевые поля:
 
Ключевые поля:
 
* <tex>head.data</tex> {{---}} значение в верхушке стека
 
* <tex>head.data</tex> {{---}} значение в верхушке стека

Версия 18:01, 12 июня 2014

Определение

Стек

Стек (от англ. stack — стопка) — структура данных, представляющая из себя упорядоченный набор элементов, в которой добавление новых элементов и удаление существующих производится с одного конца, называемого вершиной стека. Притом первым из стека удаляется элемент, который был помещен туда последним, то есть в стеке реализуется стратегия «последним вошел — первым вышел» (last-in, first-out — LIFO). Названия операций работы со стеком являются аллюзиями к стопкам (stacks) в реальной жизни как, например, удерживаемые пружиной стопки тарелок, используемые в кафетериях — порядок вытаскивания тарелок из стопки обратен порядку их в неё помещению, и лишь (текущая) верхняя тарелка может быть извлечена.

  • [math] \mathrm {push} [/math] (запись в стек) — операция вставки нового элемента
  • [math] \mathrm {pop} [/math] (снятие со стека) — операция удаления нового элемента
  • [math] \mathrm {empty} [/math] — проверка стека на наличие в нем элементов

Реализации

Для стека с [math]n[/math] элементами требуется [math]O(n)[/math] памяти, так как она нужна лишь для хранения самих элементов.

На массиве

Перед реализацией стека выделим ключевые поля:

  • [math]s [1..n][/math] — массив, с помощью которого реализуется стек, способный вместить не более [math]n[/math] элементов
  • [math]s.top[/math] — индекс последнего помещенного в стек элемента

Стек состоит из элементов [math]s[1..s.top][/math], где [math]s[1][/math] — элемент на дне стека, а [math]s[s.top][/math] — элемент на его вершине. Если [math]s.top = 0[/math], то стек не содержит ни одного элемента и является пустым [math](empty)[/math]. Протестировать стек на наличие в нем элементов можно с помощью операции — запроса [math] \mathrm {stackEmpty} [/math]. Если элемент снимается с пустого стека, говорят, что он опустошается [math](underflow)[/math], что обычно приводит к ошибке. Если значение [math]s.top[/math] больше [math]n[/math], то стек переполняется [math](overflow)[/math]. (В представленном ниже псевдокоде возможное переполнение во внимание не принимается.)

Каждую операцию над стеком можно легко реализовать несколькими строками кода:

function push(s, elemeent):
  s.top = s.top + 1
  s[s.top] = element
T pop(s):
  if stackEmpty(s)
    return error "underflow"
  else 
    s.top = s.top - 1
    return s[s.top + 1]
boolean stackEmpty(s):
  return s.top == 0

Как видно из псевдокода выше, все операции со стеком выполняются за [math]O(1)[/math].

На списке

Стек можно реализовать и на списке. Для этого необходимо создать список и операции работы стека на созданном списке. Ниже представлен пример реализации стека на односвязном списке. Стек будем "держать" за голову. Добавляться новые элементы посредством операции [math] \mathrm {push} [/math] будут перед головой, сами при этом становясь новой головой, а элементом для изъятия из стека с помощью [math] \mathrm {pop} [/math] будет текущая голова. После вызова функции [math] \mathrm {push} [/math] текущая голова уже станет старой и будет являться следующим элементом за добавленным, то есть ссылка на следующий элемент нового элемента будет указывать на старую голову. После вызова функции [math] \mathrm {pop} [/math] будет получена и возвращена информация, хранящаяся в текущей голове. Сама голова будет изъята из стека, а новой головой станет элемент, который следовал за изъятой головой.

Заведем конструктор вида ListItem(ListItem next, T data) Ключевые поля:

  • [math]head.data[/math] — значение в верхушке стека
  • [math]head.next[/math] — значение следующее за верхушкой стека
function push(element):
  newHead = ListItem(head, element)
  head = NewHead
T pop():
  data = head.data
  head = head.next
  return data

В реализации на списке, кроме самих данных, хранятся указатели на следующие элементы, которых столько же, сколько и элементов, то есть, так же [math]n[/math]. Стоит заметить, что, хотя общая оценка затрачиваемой памяти [math]O(n)[/math], в ней скрыта бóльшая константа, и реализация на списке требует несколько больше памяти.

На саморасширяющемся массиве

Возможна реализация стека на векторе. Для этого нужно создать вектор и определить операции стека на нём. В функции [math] \mathrm {push} [/math] Перед тем, как добавить новый элемент, будем проверять, не нужно ли расширить массив вдвое, а в [math] \mathrm {pop} [/math], перед тем, как изъять элемент из массива, — не нужно ли вдвое сузить размер вектора. Ниже приведён пример реализации на векторе.

Ключевые поля:

  • [math]s[0..n-1][/math] — старый массив, в котором хранится стек
  • [math]newS[0..size*2-1][/math] — новый массив, в котором хранится стек
  • [math]head[/math] — верхушка стека
  • [math]size[/math] — размер стека
function push(element):
  if head == size - 1
    newS = new int[size * 2]
    for i = 0 to size
      newS[i] = s[i]
    s = newS
    size = size * 2
  head++
  s[head] = element
T pop():
  temp = head
  head--
  if head < size / 4
    newS = new int[size / 2]
    for i = 0 to size / 4
      newS[i] = s[i]
    s = newS
    size  = size / 2
  return s[temp]

См. также

Ссылки