V informatice jsou datové struktury základními pojmy, které jsou klíčové pro efektivní organizaci a ukládání dat. Mezi různými datovými strukturami hromady a ocasy jsou dvě z nejzákladnějších, ale nezbytných struktur používaných v programování a návrhu algoritmů. Navzdory své jednoduchosti tvoří páteř mnoha složitých systémů a aplikací. Tento článek poskytuje rozdíly mezi zásobník a fronta datové struktury, zkoumání jejich charakteristik, operací a případů použití.
Hromady
Zásobník je lineární datová struktura, která se řídí principem LIFO (Last In, First Out). To znamená, že poslední prvek přidaný do zásobníku je první, který má být odstraněn. Lze si to představit jako hromadu desek, kde můžete pouze přidat nebo odebrat horní desku.
Operace na zásobníku:
Primární operace spojené se zásobníkem jsou:
- TAM : Přidá prvek do horní části zásobníku.
- Pop : Odebere a vrací horní prvek zásobníku.
- Podívejte se (nebo nahoře) : Vrátí horní prvek zásobníku, aniž by jej odstranil.
- Je prázdný : Zkontroluje, zda je zásobník prázdný.
- Velikost : Vrátí počet prvků v zásobníku.
Případy použití zásobníku:
Stohy se používají v různých aplikacích, včetně:
- Správa volání funkcí : Zásobník volání v programovacích jazycích sleduje volání funkcí a návraty.
- Hodnocení výrazů : Používá se při analýze výrazů a vyhodnocování zápisů přípon nebo předpon.
- Zpětné sledování : Pomáhá v algoritmech, které vyžadují prozkoumání všech možností, jako je řešení bludiště a prohledávání do hloubky.
Ocasy
A fronta je lineární datová struktura, která se řídí principem First In, First Out (FIFO). To znamená, že první prvek přidaný do fronty je první, který má být odstraněn. Lze si to představit jako řadu lidí čekajících na službu, kde první osoba ve frontě je první, kdo je obsluhován.
Operace ve frontě:
Primární operace spojené s frontou jsou:
- Zařadit do fronty : Přidá prvek na konec (zadní) fronty.
- V souladu s tím : Odebere a vrací přední prvek fronty.
- Přední strana (nebo pohled) : Vrátí přední prvek fronty, aniž by jej odstranil.
- Je prázdný : Kontroluje, zda je fronta prázdná.
- Velikost : Vrátí počet prvků ve frontě.
Případy použití ve frontě:
Fronty se používají v různých aplikacích, včetně:
- Plánování úloh : Operační systémy používají ke správě úloh a procesů fronty.
- Breadth-First Search (BFS) : V algoritmech procházení grafů pomáhají fronty při prozkoumávání uzlů úroveň po úrovni.
- Ukládání do vyrovnávací paměti : Používá se v situacích, kdy jsou data přenášena asynchronně, jako jsou IO buffery a zařazování tisku.
Klíčové rozdíly mezi zásobníkem a frontou
Zde je tabulka, která zdůrazňuje klíčové rozdíly mezi datovými strukturami zásobníku a fronty:
| Vlastnosti | Zásobník | Fronta |
|---|---|---|
| Definice | Lineární datová struktura, která následuje Last In First Out (LIFO) zásada. | Lineární datová struktura, která následuje First In First Out (FIFO) zásada. |
| Primární operace | Push (přidání položky), Pop (odstranění položky), Peek (zobrazení horní položky) | Zařadit (přidat položku), Vyřadit (odstranit položku), Přední (zobrazit první položku), Zadní (zobrazit poslední položku) |
| Vložení/vyjmutí | Prvky se přidávají a odebírají ze stejného konce (horní). | Prvky jsou přidány vzadu a odstraněny zepředu. |
| Případy užití | Správa volání funkcí (zásobník volání), vyhodnocení výrazů a syntaxe syntaxe, zpětné mechanismy v textových editorech. | Plánování procesů v operačních systémech, správa požadavků ve frontě tiskárny, vyhledávání v grafech do šířky. |
| Příklady | Historie prohlížeče (tlačítko zpět), obrácení slova. | Zákaznické linky, plánování úloh CPU. |
| Analogie reálného světa | Hromada talířů: přidáváte a odebíráte talíře shora. | Fronta u pokladní přepážky: první osoba ve frontě je obsloužena jako první. |
| Složitost (amortizované) | TAM: O(1), Pop: O(1), Podívejte se: O(1) | Zařadit do fronty: O(1), Podle toho: O(1), Přední: O(1), Zadní: O(1) |
| Struktura paměti | Obvykle používá souvislý blok paměti nebo propojený seznam. | Obvykle používá kruhovou vyrovnávací paměť nebo propojený seznam. |
| Implementace | Lze implementovat pomocí polí nebo propojených seznamů. | Lze implementovat pomocí polí, propojených seznamů nebo kruhových vyrovnávacích pamětí. |
Závěr
Zásobníky a fronty jsou základní datové struktury, které slouží různým účelům na základě jejich jedinečných vlastností a operací. Zásobníky se řídí principem LIFO a používají se pro backtracking, správu volání funkcí a vyhodnocování výrazů. Fronty se řídí principem FIFO a používají se pro plánování úloh, správu zdrojů a algoritmy prohledávání do šířky. Pochopení rozdílů mezi těmito dvěma datovými strukturami pomáhá při výběru vhodné pro konkrétní aplikace, což vede k efektivnějšímu a efektivnějšímu řešení programování.