V informatike sú dátové štruktúry základnými pojmami, ktoré sú kľúčové pre efektívnu organizáciu a ukladanie dát. Medzi rôznymi dátovými štruktúrami hromady a chvosty sú dve z najzákladnejších, ale základných štruktúr používaných v programovaní a návrhu algoritmov. Napriek svojej jednoduchosti tvoria chrbticu mnohých zložitých systémov a aplikácií. Tento článok poskytuje rozdiely medzi stoh a fronte dátové štruktúry, skúmanie ich charakteristík, operácií a prípadov použitia.
Hromady
Zásobník je lineárna dátová štruktúra, ktorá sa riadi princípom Last In, First Out (LIFO). To znamená, že posledný prvok pridaný do zásobníka je prvý, ktorý sa odstráni. Dá sa to predstaviť ako hromada tanierov, kde môžete pridať alebo odstrániť iba hornú dosku.
Operácie na zásobníku:
Primárne operácie spojené so zásobníkom sú:
- TAM : Pridá prvok na vrch zásobníka.
- Pop : Odstráni a vráti horný prvok zo stohu.
- Nahliadnuť (alebo hore) : Vráti horný prvok zásobníka bez jeho odstránenia.
- Je prázdny : Skontroluje, či je zásobník prázdny.
- Veľkosť : Vráti počet prvkov v zásobníku.
Prípady použitia zásobníka:
Stohy sa používajú v rôznych aplikáciách, vrátane:
- Správa hovorov funkcií : Zásobník volaní v programovacích jazykoch sleduje volania funkcií a návraty.
- Hodnotenie výrazov : Používa sa pri analýze výrazov a vyhodnocovaní zápisov prípon alebo predpon.
- Backtracking : Pomáha pri algoritmoch, ktoré vyžadujú preskúmanie všetkých možností, ako je napríklad riešenie bludiska a hľadanie do hĺbky.
Chvosty
A fronte je lineárna dátová štruktúra, ktorá sa riadi princípom First In, First Out (FIFO). To znamená, že prvý prvok pridaný do frontu je prvý, ktorý sa má odstrániť. Dá sa to vizualizovať ako rad ľudí čakajúcich na službu, kde prvá osoba v rade je obsluhovaná ako prvá.
Operácie vo fronte:
Primárne operácie spojené s frontom sú:
- Zaradiť do radu : Pridá prvok na koniec (zadný) frontu.
- Podľa toho : Odstráni a vráti predný prvok z radu.
- Predná strana (alebo pohľad) : Vráti predný prvok frontu bez jeho odstránenia.
- Je prázdny : Kontroluje, či je front prázdny.
- Veľkosť : Vráti počet prvkov vo fronte.
Prípady použitia v rade:
Fronty sa používajú v rôznych aplikáciách vrátane:
- Plánovanie úloh : Operačné systémy používajú fronty na riadenie úloh a procesov.
- Breadth-First Search (BFS) : V algoritmoch prechodu grafom pomáhajú fronty pri skúmaní uzlov úroveň po úrovni.
- Ukladanie do vyrovnávacej pamäte : Používa sa v situáciách, keď sa údaje prenášajú asynchrónne, ako sú vyrovnávacie pamäte IO a spoolovanie tlače.
Kľúčové rozdiely medzi zásobníkom a frontom
Tu je tabuľka, ktorá zdôrazňuje kľúčové rozdiely medzi dátovými štruktúrami zásobníka a frontu:
| Funkcia | Stoh | Fronta |
|---|---|---|
| Definícia | Lineárna dátová štruktúra, ktorá nasleduje po Last In First Out (LIFO) princíp. | Lineárna dátová štruktúra, ktorá nasleduje Prvý dnu, prvý von (FIFO) princíp. |
| Primárne operácie | Push (pridanie položky), Pop (odstránenie položky), Peek (zobrazenie hornej položky) | Zaradiť (pridať položku), Vyradiť z radu (odstrániť položku), Predné (zobraziť prvú položku), Zadné (zobraziť poslednú položku) |
| Vloženie/odstránenie | Prvky sa pridávajú a odstraňujú z rovnakého konca (vrchu). | Prvky sú pridané vzadu a odstránené z prednej časti. |
| Prípady použitia | Správa volania funkcií (zásobník hovorov), vyhodnocovanie výrazov a syntax syntaxe, mechanizmy vrátenia späť v textových editoroch. | Plánovanie procesov v operačných systémoch, správa požiadaviek vo fronte tlačiarne, vyhľadávanie na šírku v grafoch. |
| Príklady | História prehliadača (tlačidlo späť), obrátenie slova. | Zákaznícke linky, plánovanie úloh CPU. |
| Analógia skutočného sveta | Stoh tanierov: taniere pridávate a odoberáte zhora. | Fronta pri pokladni: prvá osoba v rade je obsluhovaná ako prvá. |
| Zložitosť (amortizované) | TAM: O(1), Pop: O(1), Nahliadnuť: O(1) | Zaradiť do poradia: O(1), Podľa toho: O(1), Predná časť: O(1), zadná časť: O(1) |
| Štruktúra pamäte | Zvyčajne používa súvislý blok pamäte alebo prepojený zoznam. | Zvyčajne používa kruhovú vyrovnávaciu pamäť alebo prepojený zoznam. |
| Implementácia | Dá sa implementovať pomocou polí alebo prepojených zoznamov. | Dá sa implementovať pomocou polí, prepojených zoznamov alebo kruhových vyrovnávacích pamätí. |
Záver
Zásobníky a fronty sú základné dátové štruktúry, ktoré slúžia na rôzne účely na základe ich jedinečných charakteristík a operácií. Zásobníky sa riadia princípom LIFO a používajú sa na spätné sledovanie, správu volania funkcií a vyhodnocovanie výrazov. Fronty sa riadia princípom FIFO a používajú sa na plánovanie úloh, správu zdrojov a algoritmy vyhľadávania do šírky. Pochopenie rozdielov medzi týmito dvoma dátovými štruktúrami pomáha pri výbere vhodnej pre konkrétne aplikácie, čo vedie k efektívnejším a efektívnejším programovým riešeniam.