Bài giảng trình bày nội dung chi tiết về các thao tác với ngăn xếp và hàng đợi trong một chương trình lập trình. Mời các bạn cùng tham khảo để bổ sung thêm kiến thức, nâng cao thêm kỹ năng lập trình của mình.
Trang 1Tuần 12 - Ngăn xếp & Hàng đợi
Giáo viên: Hà Đại Dương
duonghd@mta.edu.vn
Kỹ thuật lập trình
Bài trước
1 Kiểu có cấu trúc (structure)
2 Danh sách liên kết (linked list)
3 Ngăn xếp (Stack)
4 Hàng đợi (Queue)
Ngăn xếp - Stack
Trang 2Khái quát
• Là một dạng danh sách “đặc biệt”: Việc thêm
(phần tử) vào và lấy (phần tử) ra đều làm ở
đỉnh ngăn xếp
• Để tạo ngăn xếp:
–Có thể dùng Mảng (Sinh viên
tự nghiên cứu, BTVN)
–Có thể dùng danh sách
liên kết
Các thao tác với ngăn xếp
• Khai báo
• Khởi tạo (init)
• Kiểm tra ngăn xếp rỗng (isEmpty)
• Thêm phần tử vào (push)
• Lấy phần tử ra (pop)
• Lấy giá trị phần tử trên đỉnh (get)
Khai báo
• Cấu trúc dạng bản ghi tự trỏ
Trang 3Vấn đề
• Biến mô tả stack là một con trỏ
• Chúng ta mới dùng tham số thực cho hàm
dạng biến thường, và muốn trả về giá trị cho
tham số này thì tham số hình thức cần khai
báo dạng con trỏ hoặc tham chiếu
• Cần truyền tham số thực dạng con trỏ cho
hàm làm thế nào? -> Con trỏ (hoặc tham
chiếu??)
Ba cách khai báo tham số
Tham trị
Con trỏ
Tham chiếu
Gọi hàm Hàm với các dạng tham số đầu vào
a, b không đổi
Khởi tạo
• Khởi tạo giá trị cuối để biết điểm kết thúc của
ngăn xếp ở đâu Giá trị này thường được chọn
là NULL
• Hàm init()
Trang 4Kiểm tra ngăn xếp rỗng
• Kiểm tra xem đã đến đáy ngăn xếp hay chưa
• Hàm isEmpty()
Thêm phần tử vào (push)
• Thêm phần tử vào đỉnh ngăn xếp
• Hàm push()
Lấy phần tử ra (pop)
• Lấy ra phần tử ở đỉnh ngăn xếp
• Hàm pop()
Trang 5Ví dụ 1 - Đảo ngược xâu
• Đảo ngược 1 xâu ký tự, ví dụ đảo ngược
HELLO là OLLEH
• Cách làm:
1 Lấy từng ký tự của xâu vào theo thứ tự từ trái
qua phải và đẩy (push) vào ngăn xếp
2 Lần lượt lấy các ký tự ra khỏi ngăn xếp -> Được
xâu đảo ngược.
Ví dụ 1 …
Ví dụ 2 - Tính giá trị BT hậu tố
• Biểu thức trung tố:
a+b
a+b*c
• Biểu thức hậu tố:
ab+
abc*+
Trang 6Ví dụ 2 …
Có biểu thức: 253*+ (dạng trung tố: 2+5*3)
• Tư tưởng: Tính giá trị biểu thức hậu tố:
– Đọc từ trái sang phải
• Nếu gặp toán hạng đưa vào stack
• Nếu gặp toán tử (2 ngôi) lấy hai giá trị cuối cùng trên
stack, thực hiện phép toán Đưa giá trị tính được vào
stack
– Lặp đến hết chuỗi giá trị còn lại cuối cùng trong
stack là giá trị của biểu thức
Ví dụ 2 …
• Làm từng bước với biểu thức: 253*+
• Thế nào là 1 toán hạng?
• Thế nào à 1 toán tử?
• Viết chương trình (15 phút)
Trang 711/22/2016 19
Ví dụ 3 - BT trung tố -> hậu tốt
• Đã tính được giá trị biểu thức hậu tố
• Nếu chuyển được từ trung tố-> hậu tố ta tính
được biểu thức viết theo cách thông thường
(trung tố) bất kỳ
Trang 8Ví dụ 3 …
• Có biểu thức: 2+5*3 và 2*5+3
• Ý tưởng thuật toán:
– Duyệt từ trái sang nếu gặp:
• Toán hạng: đưa và chuỗi (mảng) đầu ra
• Toán tử:
– Nếu “lớn” hơn toán tử trong stack thì đưa vào stack
– Nếu “bé” hơn hoặc bằng thì lấy toán tử trong stack vào chuỗi
đầu ra đến khi gặp toán tử lớn hơn; Đưa toán tử mới vào
stack.
– Hết chuỗi, lấy toàn bộ các toán tử đưa ra chuỗi
đầu ra.
Ví dụ 3 …
• So sánh các phép toán: (*,/) > (+,-)
• Làm từng bước với 2+5*3và 2*5+3
• Với stack trong bài toán này cần lấy giá trị (mà
không xoá) của phần tử trên đỉnh stack để so
sánh Hàm get()
Ví dụ 3 …
• Viết chương trình (15 phút)
Trang 9Ví dụ 4 - Trong BT có dấu ()
• Biểu thức có cả dấu ( và )
• Làm như bình thường với 1 số sửa đổi:
– Duyệt từ trái sang nếu gặp:
• Toán hạng: đưa và chuỗi (mảng) đầu ra
• Toán tử:
– Nếu “lớn” hơn toán tử trong stack thì đưa vào stack
– Nếu “bé” hơn hoặc bằng thì lấy toán tử trong stack vào chuỗi
đầu ra đến khi gặp toán tử lớn hơn; Đưa toán tử mới vào
stack.
–Nếu là (: đẩy ( vào stack
–Nếu là ): lấy toán tử trong stack vào chuỗi đầu ra cho đến khi
gặp ( đầu tiên (Không đưa (và )vào chuỗi đầu ra)
Ví dụ 4 …
• Làm từng bước với 2+(5+3)*4
Kết quả: 2,5,3,+,4,*,+
• Viết chương trình (15 phút)
Ví dụ 5 - Tính giá trị biểu thức
(Ngầm hiểu biểu thức là BT trung tố)
• Chuyển BT trung tố -> Hậu tố (1 hàm)
• Tính giá trị của BT hậu tố (1 hàm)
• Tạm giả thiết rằng: Mỗi toán hạng (và mỗi
toán tử) là 1 ký tự
• Viết chương trình (15 phút)
Trang 10Ví dụ 6 - Tính giá trị biểu thức
• Toán hạng có thể có nhiều hơn 1 chữ số
• Ví dụ biểu thức: 123+(64-31)*32+1000
• Thực hiện:
1 Chuyển BT về dạng hậu tố BTHT (1 mảng)
2 Tính giá trị biểu thức hậu tố trên BTHT
Hàng đợi - Queue
Khái quát
• Là một dạng danh sách “đặc biệt”: Thêm
(phần tử) vào ở cuối và lấy (phần tử) ra ở đầu
hàng đợi
Trang 11Khái quát …
• Dùng 2 con trỏ:
– Con trỏ head: lấy ra
– Con trỏtail: đẩy giá trị vào
Các thao tác với hàng đợi
• Khai báo
• Khởi tạo (init)
• Kiểm tra hàng đợi rỗng (isEmpty)
• Thêm phần tử vào (put)
• Lấy phần tử ra (get)
Khai báo
• Khai báo cấu trúc
• Khai báo biến
Trang 12Khởi tạo
• Khởi tạo giá trị cuối để biết điểm kết thúc của
hàng đợi ở đâu Giá trị này thường được chọn
là NULL
• Hàm init()
Kiểm tra hàng đợi rỗng
• Kiểm tra xem đã hết các phần tử trong hàng
đợi hay chưa
• Hàm isEmpty()
Thêm phần tử vào (put)
• Thêm phần tử vào đuôi hàng đợi
• Hàm put()
Trang 1311/22/2016 37
Lấy phần tử ra (get)
• Lấy ra phần tử ở đầu hàng đợi
• Hàm get()
Ví dụ 7 - Duyệt xâu ký tự
• Duyệt xâu ký tự
• Cách làm:
1 Lấy từng ký tự của xâu vào theo thứ tự từ trái
qua phải và đẩy (put) vào hàng đợi
2 Lần lượt lấy các ký tự ra khỏi hàng đợi.
Trang 1411/22/2016 40
Ứng dụng
• Có thể dùng stack, queue để tránh đệ qui
• Một số bài toán:
– Duyệt đồ thị
• Stack: Duyệt theo chiều sâu
• Queue: Duyệt theo chiều rộng
– Tô màu một vùng với biên xác định
– …
Bài tập
Trang 15Bài tập
1 Viết chương trình tách toán hạng, toán tử,
dấu mở đóng ngoặc của một xâu biểu thức
(trung tố)
2 Viết chương trình tính giá trị của biểu thức
nhập từ bàn phím Lưu ý các toán hạng có
thể có nhiều hơn 1 chữ số
3 Sử dụng queue giải quyết bài toán tô màu
4 Sử dụng stack giải quyết bài toán tô màu
Bài tập về nhà
1 Cài đặt các thao tác cho ngăn xếp sử dụng
mảng
2 Cài đặt các thao tác cho hàng đợi sử dụng
mảng
3 Đề xuất thuật toán, viết chương trình kiểm
tra xem 1 xâu ký tự có được viết đúng cú
pháp hay không?