GIỚI THIỆU VỀ STACK 1.1 Khái niệm về stack Stack có thể được xem là một dạng danh sách đặc biệt trong đó các tác vụ thêm vào hoặc xóa đi một phần tử chỉ diễn ra ở một đầu gọi là đỉnh sta
Trang 1Chương 3
CẤU TRÚC STACK & QUEUE
1 GIỚI THIỆU VỀ STACK
1.1 Khái niệm về stack
Stack có thể được xem là một dạng danh sách đặc biệt trong đó các tác vụ thêm vào hoặc xóa đi một phần tử chỉ diễn ra ở một đầu gọi là đỉnh stack Trên stack các nút được thêm vào sau lại được lấy ra trước nên cấu trúc stack còn được gọi là LIFO (Last In First Out)
Stack được dùng rộng rải để giải quyết các vấn đề có cơ chế LIFO, ví dụ các trình biên dịch của các ngôn ngữ lập trình thường dùng stack để kiểm tra cú pháp của các câu lệnh, để xử lý các biểu thức toán học, để xử lý việc gọi các chương trình con, xử lý việc gọi hàm đệ qui … Stack cũng thường được dùng để chuyển một giải thuật đệ qui thành giải thuật không đệ qui
Có hai tác vụ chính trên stack là tác vụ push dùng để thêm một phần tử vào đỉnh stack và tác vụ pop dùng để xoá đi một phần tử ra khỏi đỉnh stack
Hình sau đây mô tả hình ảnh của stack qua các tác vụ:
push(s,A): hình a
push(s,B): hình b
pop(s): hình c
push(s,C): hình d
1.2 Mô tả stack
Mô tả dữ liệu:
Stack là một kiểu dữ liệu trừu tượng có nhiều nút cùng kiểu dữ liệu trải dài từ đáy stack đến đỉnh stack
Mô tả các tác vụ:
Tác vụ initialize:
Chức năng: khởi động stack
Dữ liệu nhập: không
Dữ liệu xuất: stack top trở về đầu stack
Tác vụ empty
Chức năng: kiểm tra stack có rỗng hay không
Dữ liệu nhập: không
Dữ liệu xuất: TRUE|FALSE
Trang 2 Tác vụ push
Chức năng: thêm nút mới tại đỉnh stack
Dữ liệu nhập: nút mới
Dữ liệu xuất: không
Tác vụ pop
Chức năng: xóa nút tại đỉnh stack
Dữ liệu nhập: không
Điều kiện: stack không bị rỗng
Dữ liệu xuất: nút bị xoá
Tác vụ stacktop
Chức năng: truy cập nút tại đỉnh stack
Dữ liệu nhập: không
Điều kiện: stack không bị rỗng
Dữ liệu xuất: nút tại đỉnh stack
Tác vụ stacksize
Chức năng: xác định số nút hiện có trong stack
Dữ liệu nhập: không
Dữ liệu xuất: số nút hiện có trong stack
Tác vụ clearstack
Chức năng: xoá tấc cả các nút có trong stack
Dữ liệu nhập: không
Dữ liệu xuất: stack top về vị trí khởi đầu
1.3 Ứng dụng của stack
Stack thường được dùng để giải quyết các vấn đề có cơ chế LIFO
Stack thường được dùng để giải quyết các vấn đề trong trình biên dịch của các ngôn ngữ lập trình như:
kiểm tra cú pháp của các câu lệnh trong ngôn ngữ lập trình
Xử lý các biểu thức toán học: kiểm tra tính hợp lệ của các dấu trong ngoặc một biểu thức, chuyển biếu thức từ dạng trung tố (infix) sang dạng hậu tố (postfix), tính giá trị của biểu thứ dạng hậu tố
Xử lý việc gọi các chương trình con
Stack thường được sử dụng để chuyển một giải thuật đệ qui thành giải thuật không đệ qui
2 HIỆN THỰC STACK
2.1 Hiện thực stack bằng danh sách kề
Khai báo cấu trúc stack: là môt mẩu tin có hai trường:
Trường top: là một số nguyên chỉ đỉnh stack
Trường nodes: là mảng một chiều, mỗi phần tử của mảng là một nút của stack
#define MAXSTACK 100
struct stack{
int top;
int nodes[MAXSTACK];
}
Trang 3Tác vụ empty
int empty(struct stack *ps){
if(ps->top==-1)
return TRUE;
else
return FALSE;
}
Tác vụ push
void push(struct stack *ps, int x){
ps->nodes[++(ps->top)]=x;
}
Tác vụ pop
int pop(struct stack *ps){
if(empty(ps)){
printf(“Stack bi rong”);
}else{
return ps->nodes[ps->top ];
}
}
2.2 Hiện thực stack bằng danh sách liên kết
Khai báo cấu trúc stack:
struct node{
char info;
node *next;
};
typedef struct node* NODEPTR;
NODEPTR top;
Tác vụ khởi tạo stack
void initialize(){
top=NULL;
}
Tác vụ kiểm tra stack rỗng
int empty(){
if (top==NULL)
return TRUE;
else
}
Tác vụ cấp phát bộ nhớ
NODEPTR getnode(char c){
Trang 4NODEPTR q;
q=(NODEPTR)malloc(sizeof(struct node));
q->info=c;
q->next=NULL;
return q;
}
Tác vụ thêm một phần tử vào stack
void push(char c){
NODEPTR p;
p=getnode(c);
p->next=top;
top=p;
}
Tác vụ lấy một phần tử ra khỏi stack
char pop(){
NODEPTR p;
char c;
f(top !=NULL){
p=top;
top=top->next;
c=p->info;
free(p);
return c;
}else{
printf("\n stack trong");
return -1;
}
}
3 CÁC CHƯƠNG TRÌNH MINH HOẠ
3.1 Chương trình đảo chuỗi dùng stack
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
#include <string.h>
#define MAXSTACK 100
#define TRUE 1
#define FALSE 0
//dinh nghia stack
struct stack{
int top;
char nodes[MAXSTACK];
};
Trang 5//empty operation: check for whether stack is empty
int empty(struct stack *ps){
if(ps->top==-1){
return TRUE;
}
else{
return FALSE;
}
}
// dua 1 ky tu vao stack
void push(struct stack* ps, char x){
if(ps->top==MAXSTACK-1)
printf("%s","Stack is full");
else{
ps->top+=1;
ps->nodes[ps->top]=x;
}
}
//lay mot ky tu ra khoi stack
char pop(struct stack *ps){
if(empty(ps))
printf("%s","Stack bi rong");
else{
char c;
c=ps->nodes[ps->top];
ps->top-=1;
return c;
}
return ' ';
}
void main()
{
struct stack s;
char c, chuoi[MAXSTACK];
int i, vitri;
clrscr();
do{
s.top=-1;
printf("\n\n Chuoi ban nhap vao:");
scanf("%s",chuoi);
vitri =strlen(chuoi);
for(i=0; i<vitri;i++){
push(&s,chuoi[i]);
} printf("\n\n Chuoi dao la: ");
while(!empty(&s)){
Trang 6printf("%c",pop(&s));
} printf("\n\n Tiep tuc khong? (c/k): ");
c=getche();
}while(c=='c'||c=='C');
}
3.2 Chương trình đổi cơ số thập phân sang cơ số bất kỳ
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
#define MAXSTACK 100
#define TRUE 1
#define FALSE 0
typedef struct stack{
int top;
int nodes[MAXSTACK];
} STACK;
//Check stack is empty
int empty(STACK *ps){
if(ps->top==-1)
return TRUE;
else
}
//dua vao stack
void push(STACK *ps, int x){
if(ps->top==MAXSTACK -1)
printf("\n Stack bi day");
else{
ps->top++;
ps->nodes[ps->top]=x;
}
}
//lay ra khoi stack
int pop(STACK *ps){
if(empty(ps))
printf("\nStack bi rong");
else{
int i=ps->nodes[ps->top];
ps->top ;
return i;
}
return -1;
}
void main(){
Trang 7STACK s;
int coso,so,sodu;
char c;
do{
s.top=-1;
printf("\n Nhap vao mot so thap phan");
scanf("%d",&so);
printf("\n Co so ban muon doi sang: ");
scanf("%d",&coso);
while( so !=0){
sodu=so %coso;
push(&s, sodu);
so=so/coso;
} printf("\n So da doi la: ");
while(!empty(&s)){
printf("%X",pop(&s));
} printf("\n \n Ban co muon tiep tuc khong? ");
c=getche();
}while(c=='c'||c=='C');
}
3.3 Chương trình đảo chuỗi hiện thực stack bằng danh sách liên kết
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include <string.h>
#define TRUE 1
#define FALSE 0
struct node{
char info;
node *next;
};
typedef struct node* NODEPTR;
NODEPTR top;
void initialize(){
top=NULL;
}
int empty(){
if (top==NULL)
return TRUE;
else
}
NODEPTR getnode(char c){
NODEPTR q;
Trang 8q=(NODEPTR)malloc(sizeof(struct node));
q->info=c;
q->next=NULL;
return q;
}
void push(char c){
NODEPTR p;
p=getnode(c);
p->next=top;
top=p;
}
char pop(){
NODEPTR p;
char c;
f(top !=NULL){
p=top;
top=top->next;
c=p->info;
free(p);
return c;
}else{
printf("\n stack trong");
return -1;
}
}
void main(){
char chuoi[30];
int chieudai,i;
initialize();
printf("\n Nhap vao chuoi: ");
scanf("%s",chuoi);
chieudai=strlen(chuoi);
for(i=0;i<chieudai;i++)
push(chuoi[i]);
printf("\n Chuoi dao: ");
while(!empty()){
printf("%c",pop());
}
}
4 GIỚI THIỆU VỀ QUEUE
Queue là một dạng danh sách đặt biệt, trong đó chúng ta chỉ được phép thêm vào các phần tử ở cuối hàng đợi và xoá đi các phần tử ở đầu hàng đợi Vì phần tử thêm vào trước được lấy ra trước nên cấu trúc hàng đợi còn được gọi là cấu trúc FIFO( First In First Out)
Trang 9Hàng đợi là cấu trúc được sử dụng rộng rãi trong thực tế: người ta dùng hàng đợi để giải quyết các vấn đề có cấu trúc FIFO như xử lý các dịch vụ của ngân hàng, để xử lý các tiến trình đang đợi phục vụ trong các hệ điều hành nhiều người sử dụng, quản lý các yêu cầu
in trên máy print servers…
4.1 Khái niệm về hàng đợi
Hàng đợi chứa các nút có cùng kiểu dữ liệu trải dài từ đầu hàng đợi (front) đến cuối hàng đợi (rear)
Có hai tác vụ chính trên hàng đợi là insert – thêm nút mới vào cuối hàng đợi và tác vụ remove dùng để xoá một phần tử ra khỏi hàng đợi
Hình vẽ sau đây dùng để mô tả hàng đợi qua các tác vụ như sau:
Trạng thái bắt đầu: hàng đợi bị rỗng (hình a)
insert (q,A)
insert (q,B)
insert (q,C) (hình b)
insert(q,D) (hình d)
insert(q,E) (hình f)
Trang 104.2 Mô tả hàng đợi
Mô tả dữ liệu:
Hàng đợi là một kiểu dữ liệu trừu tượng có nhiều nút cùng kiểu dữ liệu trải dài từ đầu hàng đợi đến cuối hàng đợi
Mô tả các tác vụ:
Tác vụ initialize
Chức năng: khởi động hàng đợi
Dữ liệu nhập: không
Dữ liệu xuất: hai con trỏ front và rear được gán các giá trị phù hợp
Tác vụ empty
Chức năng: kiểm tra hàng đợi có bị rỗng hay không
Dữ liệu nhập: không
Dữ liệu xuất: TRUE|FALSE
Tác vụ insert
Trang 11Chức năng: Thêm nút mới vào hàng đợi.
Dữ liệu nhập: nút mới
Điều kiện: hàng đợi không bị đầy
Dữ liệu xuất: không
Tác vụ remove
Chức năng: xóa nút tại đầu hàng đợi
Dữ liệu nhập: không
Điều kiện: hàng đợi không bị rỗng
Dữ liệu xuất: nút bị xóa
Tác vụ queuefront
Chức năng: truy xuất nút tại đầu hàng đợi
Dữ liệu nhập: không
Điều kiện: hàng đợi không bị rỗng
Dữ liệu xuất: nút tại đầu hàng đợi
Tác vụ queuerear
Chức năng: truy xuất nút cuối của hàng đợi
Dữ liệu nhập: không
Điều kiện: hàng đợi không bị rỗng
Dữ liệu xuất: nút cuối cùng của hàng đợi
Tác vụ queuesize
Chức năng: xác định số nút hiện có trong hàng đợi
Dữ liệu nhập: không
Dữ liệu xuất: số nút có trong hàng đợi
Tác vụ clearqueue
Chức năng: xoá tất cả các nút có trong hàng đợi
Dữ liệu nhập: Không
Dữ liệu xuất: front và rear được trả về vị trí ban đầu
4.3 Ứng dụng của hàng đợi
Hàng đợi được dùng để giải quyết các vấn đề có cơ chế FIFO (First In First Out)
Trong thực tế người ta thường cài đặt hàng đợi trong các chương trình xử lý các dịch vụ ngân hàng, xử lý các tác vụ đang đợi phục vụ trong các hệ điều hành đa người sử dụng, quản lý các yêu cầu in trong máy server printers…
5 HIỆN THỰC QUEUE
5.1 Dùng mảng vòng hiện thực hàng đợi
Đây là cách thường dùng nhất để cài đặt hàng đợi theo kiểu kế tiếp Lúc này ta xem mảng như là mảng vòng chứ không phải là mảng thẳng: nút nodes[0] xem như là nút sau của nút nodes[MAXQUEUE -1]
Khai báo cấu trúc:
#define MAXQUEUE 100
struct queue{
int front, rear;
int nodes[MAXQUEUE];
}
Trang 12Tác vụ khởi động:
void initialize(struct queue *pq){
pq->front=pq->rear=MAXQUEUE-1;
}
Tác vụ kiểm tra hàng đợi trống:
int empty(struct queue *pq){
if(pq->front==pq->rear)
return TRUE;
else{
return FALSE;
}
}
Tác vụ thêm vào hàng đợi:
void insert(struct queue *pq, int x){
if(pq->rear==MAXQUEUE -1)
pq->rear=0;
else
pq->rear++;
if(pq->rear==pq->front)
printf(“Hang doi bi day”);
else
pq->nodes[pq->rear]=x;
}
Tác vụ xoá một phần tử ra khỏi hàng đợi
int remove(struct queue *pq){
if(empty(pq))
printf(“hang doi bi day”);
else{
if(pq->front==MAXQUEUE-1)
pq->front=0;
else
pq->front++;
return pq->nodes[pq->front];
}
}
Tác vụ duyệt hàng đợi
void traverse(struct queue *pq){
int i;
if(empty(pq)){
printf(“Hang doi bi rong”);
return;
}
Trang 13i=0;
else
i=pq->front+1;
while(i!=pq->rear){
printf(“%d”,pq->nodes[i]);
if(i==MAXQUEUE-1)
i=0;
else
i++;
}
printf(“%d”,pq->nodes[i]);
}
5.2 Dùng danh sách liên kết hiện thực hàng đợi
Ta có thể cài đặt hàng đợi như một danh sách liên kết: con trỏ đầu danh sách liên kểt front chỉ nút tại đầu hàng đợi, con trỏ rear trỏ đến nút cuối cùng của hàng đợi
Hình vẽ sau thể hiện cách cài đặt hàng đợi bằng danh sách liên kết
Với cách cài đặt này ta có thể hiện thực các tác vụ của hàng đợi như: insert, remove, empty…trên danh sách liên kết
5.3 Hàng đợi có ưu tiên
Hàng đợi hoạt động trên nguyên tắc nút nào vào trước được lấy ra trước, nút nào vào sau được lấy ra sau là hàng đợi không có ưu tiên
Trong thực tế có một dạng hàng đợi khác hoạt động theo cơ chế: nút nào có độ ưu tiên cao hơn sẽ được lấy ra trước, nút nào có độ ưu tiên thấp hơn thì lấy ra sau Hàng đợi lúc này gọi là hàng đợi có ưu tiên (priority queue)
Có 2 loại hàng đợi có ưu tiên:
Hàng đợi có ưu tiên tăng: nút có độ ưu tiên cao nhất được lấy ra
Hàng đợi có ưu tiên giảm: nút có độ ưu tiên giảm sẽ được lấy ra trước
Phần hiện thực hàng đợi ưu tiên sẽ được xem như bài tập
6 CHƯƠNG TRÌNH MINH HOẠ
Giả sử chúng ta có một kho hàng có tính chất: mặt hàng nào nhập kho trước sẽ xuất kho trước, mặt hàng nào nhập kho sau sẽ xuất kho sau Chương trình có các chức năng nhập kho, xuất kho, xem tồn kho…
//CHUONG TRINH DEMO QUAN LY KHO BANG HANG DOI
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
Trang 14#define MAXQUEUE 100
#define TRUE 1
#define FALSE 0
typedef struct mathang{
int mamh;
char tenmh[12];
};
struct queue{
int front,rear;
mathang nodes[MAXQUEUE];
};
void initialize(struct queue *pq){
pq->front=pq->rear=MAXQUEUE -1;
}
int empty(struct queue *pq){
if(pq->front==pq->rear)
return TRUE;
else
return FALSE;
}
void insert(struct queue *pq, mathang x){
if(pq->rear==MAXQUEUE-1)
pq->rear=0;
else
pq->rear++;
if(pq->rear==pq->front)
printf("Kho hang bi day");
else
pq->nodes[pq->rear]=x;
}
mathang remove(struct queue *pq){
if(pq->front==MAXQUEUE -1)
pq->front=0;
else
pq->front++;
return pq->nodes[pq->front];
}
void traverse(struct queue *pq){
int i;
Trang 15printf("\n Kho khong con hang");
return;
}
if(pq->front==MAXQUEUE-1)
i=0;
else
i=pq->front+1;
while(i !=pq->rear){
printf("\n%11d%15s",pq->nodes[i].mamh,pq->nodes[i].tenmh);
if(i==MAXQUEUE-1){
i=0;
} else{
i++;
} }
printf("\n%11d%15s",pq->nodes[i].mamh,pq->nodes[i].tenmh);
}
void main(){
struct queue q;
int chucnang,front1;
mathang mh;
initialize(&q);
do{
printf("\n\n\t\t CHUONG TRINH QUAN LY KHO");
printf("\n\t\t NHAP TRUOC XUAT TRUOC");
printf("\n\n Cac chuc nang cua chuong trinh");
printf("\n 1 Nhap mot mat hang");
printf("\n 2 Xuat mot mat hang");
printf("\n 3 Xem mot mat hang chuan bi xuat");
printf("\n 4 Xem mat hang moi nhap");
printf("\n 5 Xem cac mat hang co trong kho");
printf("\n 6 Xuat toan bo kho hang");
printf("\n 0 Ket thuc chuong trinh");
printf("\n\n Chuc nang ban chon: ");
scanf("%d",&chucnang);
switch(chucnang){
case 1:
printf("\n Ma mat hang: ");
scanf("%d",&mh.mamh);
printf("\n Ten mat hang: ");
Trang 16insert(&q,mh);
break;
case 2:
if(!empty(&q)){
mh=remove(&q);
printf("\n Mat hang xuat: Ma: %d Ten:
%s",mh.mamh,mh.tenmh);
} else printf("\n Kho khong con hang");
break;
case 3:
if(q.front==MAXQUEUE -1)
front1=0;
else
front1=q.front+1;
printf("\n Mat hang chuan bi xuat: Ma: %d Ten: %s
",q.nodes[front1].mamh,q.nodes[front1].tenmh);
break;
case 4:
printf("\n Mat hang moi nhap: Ma: %d Ten: %s", q.nodes[q.rear].mamh,q.nodes[q.rear].tenmh);
break;
case 5:
printf("\n Cac mat hang co trong kho: ");
printf("\n %11s%15s", "MA MAT HANG","TEN MAT HANG");
traverse(&q);
break;
case 6:
initialize(&q);
break;
} }while(chucnang !=0);
}
7 BÀI TẬP
1 Hiện thực hàng đợi và các tác vụ của hàng đợi bằng danh sách liên kết
2 Viết chương trình quản lý kho hàng dùng hàng đợi được hiện thực bằng danh sách liên kết
3 Viết chương trình hiện thực hàng đợi có độ ưu tiên
4 Biểu diễn biểu thức theo cú pháp Ba Lan Biểu thức nguyên là một dãy được thành lập
từ các biến kiểu nguyên nối với nhau bằng các phép toán 2 ngôi: +, -, *, / và các dấu ‘)’,
‘(’ Nguyên tắc đặc tên biến và thứ tự thực hiện các phép toán được thực hiện như sau:
