В інформатиці структури даних є фундаментальними поняттями, які мають вирішальне значення для організації та ефективного зберігання даних. Серед різних структур даних, стеки і хвости це дві найпростіші, але важливі структури, які використовуються в програмуванні та розробці алгоритмів. Незважаючи на свою простоту, вони складають основу багатьох складних систем і програм. У цій статті описано відмінності між стек і черга структури даних, досліджуючи їх характеристики, операції та випадки використання.
Стеки
Стек — це лінійна структура даних, яка дотримується принципу LIFO (Last In In, First Out). Це означає, що останній елемент, доданий до стеку, є першим, який буде видалено. Це можна візуалізувати як купу тарілок, де ви можете додати або видалити лише верхню тарілку.
Операції зі стеком:
Основні операції, пов’язані зі стеком:
- Поштовх : додає елемент на вершину стека.
- Поп : видаляє та повертає верхній елемент стека.
- Peek (або Top) : повертає верхній елемент стека, не видаляючи його.
- Пусто : перевіряє, чи стек порожній.
- Розмір : повертає кількість елементів у стеку.
Випадки використання Stack:
Стеки використовуються в різних програмах, зокрема:
- Функція управління викликами : стек викликів у мовах програмування відстежує виклики функцій і повернення.
- Оцінка вираження : Використовується для розбору виразів і оцінки постфіксних або префіксних нотацій.
- Відстеження назад : Допомагає в алгоритмах, які вимагають вивчення всіх можливостей, таких як вирішення лабіринту та пошук у глибину.
Хвости
А черга це лінійна структура даних, яка відповідає принципу «першим прийшов, першим вийшов» (FIFO). Це означає, що перший елемент, доданий до черги, першим буде видалений. Це можна візуалізувати як чергу людей, які чекають на послугу, де перша особа в черзі обслуговується першою.
Операції в черзі:
Основні операції, пов’язані з чергою:
- Поставте в чергу : додає елемент у кінець (задню частину) черги.
- Відповідно : видаляє та повертає передній елемент черги.
- Спереду (або Peek) : повертає передній елемент черги, не видаляючи його.
- Пусто : перевіряє, чи черга порожня.
- Розмір : повертає кількість елементів у черзі.
Випадки використання черги:
Черги використовуються в різних програмах, зокрема:
- Планування завдань : операційні системи використовують черги для керування завданнями та процесами.
- Пошук у ширину (BFS) : в алгоритмах обходу графів черги допомагають досліджувати вузли рівень за рівнем.
- Буферизація : використовується в ситуаціях, коли дані передаються асинхронно, як-от буфери вводу-виводу та буферизація друку.
Ключові відмінності між стеком і чергою
Ось таблиця, яка висвітлює ключові відмінності між структурами даних стека та черги:
| Особливість | Стек | Черга |
|---|---|---|
| Визначення | Лінійна структура даних, яка слідує за Останній прийшов, перший вийшов (LIFO) принцип. | Лінійна структура даних, яка слідує за Перший прийшов, перший вийшов (FIFO) принцип. |
| Первинні операції | Push (додати елемент), Pop (видалити елемент), Peek (перегляд верхнього елемента) | Поставити в чергу (додати елемент), вилучити з черги (видалити елемент), спереду (перегляд першого елемента), ззаду (перегляд останнього елемента) |
| Вставка/видалення | Елементи додаються і видаляються з одного кінця (верху). | Елементи додаються ззаду і видаляються спереду. |
| Випадки використання | Керування викликами функцій (стек викликів), оцінка виразів і синтаксичний аналіз, механізми скасування в текстових редакторах. | Планування процесів в операційних системах, керування запитами в черзі принтера, пошук в ширину в графах. |
| Приклади | Історія веб-переглядача (кнопка «Назад»), перемотування слова назад. | Лінії обслуговування клієнтів, планування завдань ЦП. |
| Аналогія реального світу | Стопка тарілок: ви додаєте та видаляєте тарілки зверху. | Черга до квиткової каси: хто перший у черзі, той і обслуговується. |
| Складність (амортизується) | Push: O(1), Поп: O(1), Подивіться: О(1) | Поставити в чергу: O(1), Відповідно: O(1), Спереду: O(1), задній: О(1) |
| Структура пам'яті | Зазвичай використовує безперервний блок пам’яті або зв’язаний список. | Зазвичай використовує циклічний буфер або пов’язаний список. |
| Реалізація | Може бути реалізовано за допомогою масивів або зв’язаних списків. | Може бути реалізовано за допомогою масивів, пов’язаних списків або циклічних буферів. |
Висновок
Стеки та черги — це фундаментальні структури даних, які служать різним цілям на основі своїх унікальних характеристик і операцій. Стеки відповідають принципу LIFO і використовуються для зворотного відстеження, керування викликами функцій та оцінки виразів. Черги дотримуються принципу FIFO і використовуються для планування завдань, керування ресурсами та алгоритмів пошуку в ширину. Розуміння відмінностей між цими двома структурами даних допомагає вибрати відповідну структуру для конкретних програм, що призводить до більш ефективних і ефективних програмних рішень.