This commit is contained in:
krahets
2026-03-30 08:17:41 +08:00
parent 68cafe99dd
commit 46bccf0065
484 changed files with 60193 additions and 20315 deletions
+42 -42
View File
@@ -65,8 +65,8 @@
<link rel="preconnect" href="https://fonts.gstatic.com" crossorigin>
<link rel="stylesheet" href="https://fonts.googleapis.com/css?family=Noto+Sans:300,300i,400,400i,500,500i,700,700i%7CJetBrains+Mono:400,400i,700,700i&display=fallback">
<style>:root{--md-text-font:"Noto Sans";--md-code-font:"JetBrains Mono"}</style>
<link rel="stylesheet" href="https://fonts.googleapis.com/css?family=PT+Sans:300,300i,400,400i,500,500i,700,700i%7CJetBrains+Mono:400,400i,700,700i&display=fallback">
<style>:root{--md-text-font:"PT Sans";--md-code-font:"JetBrains Mono"}</style>
@@ -574,7 +574,7 @@
<span class="md-ellipsis">
Глава 1. Знакомство с алгоритмами
Глава 1. Введение в алгоритмы
@@ -596,7 +596,7 @@
<span class="md-nav__icon md-icon"></span>
Глава 1. Знакомство с алгоритмами
Глава 1. Введение в алгоритмы
</label>
@@ -646,7 +646,7 @@
<span class="md-ellipsis">
1.2 Что такое структуры данных и алгоритмы
1.2 Что такое алгоритм
@@ -1181,7 +1181,7 @@
<span class="md-ellipsis">
Глава 4. Массив и связный список
Глава 4. Массивы и списки
@@ -1203,7 +1203,7 @@
<span class="md-nav__icon md-icon"></span>
Глава 4. Массив и связный список
Глава 4. Массивы и списки
</label>
@@ -1309,7 +1309,7 @@
<span class="md-ellipsis">
4.4 Память и кеш *
4.4 Оперативная память и кэш *
@@ -1713,7 +1713,7 @@
<span class="md-ellipsis">
Глава 6. Хеширование
Глава 6. Хеш-таблицы
@@ -1735,7 +1735,7 @@
<span class="md-nav__icon md-icon"></span>
Глава 6. Хеширование
Глава 6. Хеш-таблицы
</label>
@@ -1813,7 +1813,7 @@
<span class="md-ellipsis">
6.3 Хеш-алгоритмы
6.3 Алгоритмы хеширования
@@ -1908,7 +1908,7 @@
<span class="md-ellipsis">
Глава 7. Дерево
Глава 7. Деревья
@@ -1930,7 +1930,7 @@
<span class="md-nav__icon md-icon"></span>
Глава 7. Дерево
Глава 7. Деревья
</label>
@@ -2008,7 +2008,7 @@
<span class="md-ellipsis">
7.3 Представление дерева массивом
7.3 Представление двоичного дерева массивом
@@ -2092,7 +2092,7 @@
<span class="md-ellipsis">
7.6 Резюме
7.6 Краткие итоги
@@ -2255,7 +2255,7 @@
<span class="md-ellipsis">
8.3 Задача Top-K
8.3 Задача Top-k
@@ -2346,7 +2346,7 @@
<span class="md-ellipsis">
Глава 9. Граф
Глава 9. Графы
@@ -2368,7 +2368,7 @@
<span class="md-nav__icon md-icon"></span>
Глава 9. Граф
Глава 9. Графы
</label>
@@ -2418,7 +2418,7 @@
<span class="md-ellipsis">
9.2 Базовые операции над графами
9.2 Базовые операции графа
@@ -2474,7 +2474,7 @@
<span class="md-ellipsis">
9.4 Резюме
9.4 Краткие итоги
@@ -2613,7 +2613,7 @@
<span class="md-ellipsis">
10.2 Точка вставки двоичного поиска
10.2 Двоичный поиск точки вставки
@@ -2641,7 +2641,7 @@
<span class="md-ellipsis">
10.3 Граничные случаи двоичного поиска
10.3 Двоичный поиск границ
@@ -2669,7 +2669,7 @@
<span class="md-ellipsis">
10.4 Стратегия оптимизации через хеширование
10.4 Стратегии оптимизации хеширования
@@ -2697,7 +2697,7 @@
<span class="md-ellipsis">
10.5 Алгоритмы поиска: новый взгляд
10.5 Переосмысление алгоритмов поиска
@@ -2902,7 +2902,7 @@
<span class="md-ellipsis">
11.3 Пузырьковая сортировка
11.3 Сортировка пузырьком
@@ -2930,7 +2930,7 @@
<span class="md-ellipsis">
11.4 Сортировка вставкой
11.4 Сортировка вставками
@@ -3235,7 +3235,7 @@
<span class="md-ellipsis">
12.1 Алгоритмы разделяй и властвуй
12.1 Стратегия разделяй и властвуй
@@ -3263,7 +3263,7 @@
<span class="md-ellipsis">
12.2 Стратегия поиска разделяй и властвуй
12.2 Поисковая стратегия разделяй и властвуй
@@ -3540,7 +3540,7 @@
<span class="md-ellipsis">
13.4 Задача о $n$ ферзях
13.4 Задача о n ферзях
@@ -3681,7 +3681,7 @@
<span class="md-ellipsis">
14.1 Введение в динамическое программирование
14.1 Первое знакомство с динамическим программированием
@@ -3793,7 +3793,7 @@
<span class="md-ellipsis">
14.5 Задача о неограниченном рюкзаке
14.5 Задача о полном рюкзаке
@@ -4456,8 +4456,8 @@
<!-- Page content -->
<h1 id="51">5.1 &nbsp; Стек<a class="headerlink" href="#51" title="Permanent link">&para;</a></h1>
<p><u>Стек (stack)</u> - это линейная структура данных, подчиняющаяся логике "последним пришел - первым вышел".</p>
<p>Стек можно сравнить со стопкой тарелок на столе. Если разрешено перемещать только одну тарелку за раз, то, чтобы достать тарелку снизу, сначала придется по одной убрать все тарелки сверху. Если заменить тарелки различными элементами (например целыми числами, символами, объектами и т.д.), получится структура данных "стек".</p>
<p>Как показано на рисунке 5-1, верхнюю часть стопки элементов мы называем "вершиной стека", а нижнюю - "основанием стека". Операция добавления элемента на вершину называется "push", а операция удаления верхнего элемента - "pop".</p>
<p>Стек можно сравнить со стопкой тарелок на столе. Если разрешено перемещать только одну тарелку за раз, то, чтобы достать тарелку снизу, сначала придется по одной убрать все тарелки сверху. Если заменить тарелки различными элементами, например целыми числами, символами, объектами и т.д., получится структура данных "стек".</p>
<p>Как показано на рисунке 5-1, верхнюю часть стопки элементов мы называем вершиной стека, а нижнюю - основанием стека. Операция добавления элемента на вершину называется <code>push</code>, а операция удаления верхнего элемента - <code>pop</code>.</p>
<p><img alt="Правило LIFO для стека" class="animation-figure" src="../stack.assets/stack_operations.png" /></p>
<p align="center"> Рисунок 5-1 &nbsp; Правило LIFO для стека </p>
@@ -4493,7 +4493,7 @@
</tbody>
</table>
</div>
<p>Обычно мы можем просто использовать встроенный стек, предоставляемый языком программирования. Однако в некоторых языках специальный класс стека может отсутствовать. В таком случае можно использовать "массив" или "связный список" этого языка как стек и в логике программы игнорировать операции, не относящиеся к стеку.</p>
<p>Обычно достаточно использовать встроенный стек, предоставляемый языком программирования. Однако в некоторых языках специальный класс стека может отсутствовать. В таком случае можно использовать массив или связный список как стек и в логике программы игнорировать операции, не относящиеся к стеку.</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="1:13"><input checked="checked" id="__tabbed_1_1" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_2" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_3" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_4" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_5" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_6" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_7" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_8" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_9" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_10" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_11" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_12" name="__tabbed_1" type="radio" /><input id="__tabbed_1_13" name="__tabbed_1" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_1_1">Python</label><label for="__tabbed_1_2">C++</label><label for="__tabbed_1_3">Java</label><label for="__tabbed_1_4">C#</label><label for="__tabbed_1_5">Go</label><label for="__tabbed_1_6">Swift</label><label for="__tabbed_1_7">JS</label><label for="__tabbed_1_8">TS</label><label for="__tabbed_1_9">Dart</label><label for="__tabbed_1_10">Rust</label><label for="__tabbed_1_11">C</label><label for="__tabbed_1_12">Kotlin</label><label for="__tabbed_1_13">Ruby</label></div>
<div class="tabbed-content">
<div class="tabbed-block">
@@ -4805,10 +4805,10 @@
</details>
<h2 id="512">5.1.2 &nbsp; Реализация стека<a class="headerlink" href="#512" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<p>Чтобы глубже понять механизм работы стека, попробуем самостоятельно реализовать класс стека.</p>
<p>Стек подчиняется принципу LIFO, поэтому мы можем добавлять и удалять элементы только на вершине. Однако и массив, и связный список позволяют добавлять и удалять элементы в произвольном месте. <strong>Следовательно, стек можно рассматривать как ограниченный массив или связный список</strong>. Иными словами, мы можем "скрыть" часть нерелевантных операций массива или списка, так чтобы внешняя логика соответствовала свойствам стека.</p>
<p>Стек подчиняется принципу LIFO, поэтому мы можем добавлять и удалять элементы только на вершине. Однако и массив, и связный список позволяют добавлять и удалять элементы в произвольном месте. <strong>Следовательно, стек можно рассматривать как ограниченный массив или связный список</strong>. Иными словами, мы можем скрыть часть нерелевантных операций массива или списка, так чтобы внешняя логика соответствовала свойствам стека.</p>
<h3 id="1">1. &nbsp; Реализация на основе связного списка<a class="headerlink" href="#1" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>Если реализовывать стек на основе связного списка, то головной узел списка можно рассматривать как вершину стека, а хвостовой - как основание.</p>
<p>Как показано на рисунке 5-2, для операции push достаточно вставить элемент в голову связного списка. Такой способ вставки называется "вставкой в голову". Для операции pop достаточно удалить головной узел из списка.</p>
<p>Как показано на рисунке 5-2, для операции <code>push</code> достаточно вставить элемент в голову связного списка. Такой способ вставки называется вставкой в голову. Для операции <code>pop</code> достаточно удалить головной узел из списка.</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="2:3"><input checked="checked" id="__tabbed_2_1" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_2" name="__tabbed_2" type="radio" /><input id="__tabbed_2_3" name="__tabbed_2" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_2_1">LinkedListStack</label><label for="__tabbed_2_2">push()</label><label for="__tabbed_2_3">pop()</label></div>
<div class="tabbed-content">
<div class="tabbed-block">
@@ -5580,7 +5580,7 @@
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=class%20ListNode%3A%0A%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%2C%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.val%3A%20int%20%3D%20val%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self.next%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%0A%0Aclass%20LinkedListStack%3A%0A%0A%20%20%20%20def%20__init__%28self%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._peek%3A%20ListNode%20%7C%20None%20%3D%20None%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%3A%20int%20%3D%200%0A%0A%20%20%20%20def%20size%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._size%0A%0A%20%20%20%20def%20is_empty%28self%29%20-%3E%20bool%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20not%20self._peek%0A%0A%20%20%20%20def%20push%28self%2C%20val%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20node%20%3D%20ListNode%28val%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20node.next%20%3D%20self._peek%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._peek%20%3D%20node%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20%2B%3D%201%0A%0A%20%20%20%20def%20pop%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20num%20%3D%20self.peek%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._peek%20%3D%20self._peek.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20self._size%20-%3D%201%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20num%0A%0A%20%20%20%20def%20peek%28self%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20self.is_empty%28%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20IndexError%28%27%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BA%20%D0%BF%D1%83%D1%81%D1%82%27%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20self._peek.val%0A%0A%20%20%20%20def%20to_list%28self%29%20-%3E%20list%5Bint%5D%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20arr%20%3D%20%5B%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20node%20%3D%20self._peek%0A%20%20%20%20%20%20%20%20while%20node%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20arr.append%28node.val%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20node%20%3D%20node.next%0A%20%20%20%20%20%20%20%20arr.reverse%28%29%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20arr%0A%27Driver%20Code%27%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%27__main__%27%3A%0A%20%20%20%20stack%20%3D%20LinkedListStack%28%29%0A%20%20%20%20stack.push%281%29%0A%20%20%20%20stack.push%283%29%0A%20%20%20%20stack.push%282%29%0A%20%20%20%20stack.push%285%29%0A%20%20%20%20stack.push%284%29%0A%20%20%20%20print%28%27%D0%A1%D1%82%D0%B5%D0%BA%20stack%20%3D%27%2C%20stack.to_list%28%29%29%0A%20%20%20%20peek%20%3D%20stack.peek%28%29%0A%20%20%20%20print%28%27%D0%92%D0%B5%D1%80%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%B9%20%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%20peek%20%3D%27%2C%20peek%29%0A%20%20%20%20pop%20%3D%20stack.pop%28%29%0A%20%20%20%20print%28%27%D0%98%D0%B7%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%20pop%20%3D%27%2C%20pop%29%0A%20%20%20%20print%28%27stack%20%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BB%D0%B5%20%D0%B8%D0%B7%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20%3D%27%2C%20stack.to_list%28%29%29%0A%20%20%20%20size%20%3D%20stack.size%28%29%0A%20%20%20%20print%28%27%D0%94%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B0%20%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BA%D0%B0%20size%20%3D%27%2C%20size%29%0A%20%20%20%20is_empty%20%3D%20stack.is_empty%28%29%0A%20%20%20%20print%28%27%D0%9F%D1%83%D1%81%D1%82%20%D0%BB%D0%B8%20%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BA%20%3D%27%2C%20is_empty%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=4&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">Во весь экран &gt;</a></div></p>
</details>
<h3 id="2">2. &nbsp; Реализация на основе массива<a class="headerlink" href="#2" title="Permanent link">&para;</a></h3>
<p>Если реализовывать стек на основе массива, то хвост массива можно рассматривать как вершину стека. Как показано на рисунке 5-3, операции push и pop соответствуют добавлению элемента в конец массива и удалению элемента из конца, обе имеют временную сложность <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> .</p>
<p>Если реализовывать стек на основе массива, то хвост массива можно рассматривать как вершину стека. Как показано на рисунке 5-3, операции <code>push</code> и <code>pop</code> соответствуют добавлению элемента в конец массива и удалению элемента из конца, обе имеют временную сложность <span class="arithmatex">\(O(1)\)</span> .</p>
<div class="tabbed-set tabbed-alternate" data-tabs="4:3"><input checked="checked" id="__tabbed_4_1" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_2" name="__tabbed_4" type="radio" /><input id="__tabbed_4_3" name="__tabbed_4" type="radio" /><div class="tabbed-labels"><label for="__tabbed_4_1">ArrayStack</label><label for="__tabbed_4_2">push()</label><label for="__tabbed_4_3">pop()</label></div>
<div class="tabbed-content">
<div class="tabbed-block">
@@ -6204,21 +6204,21 @@
<p><strong>Поддерживаемые операции</strong></p>
<p>Обе реализации поддерживают все операции, определенные для стека. Реализация на массиве дополнительно позволяет выполнять произвольный доступ, но это уже выходит за рамки определения стека и обычно не используется.</p>
<p><strong>Временная эффективность</strong></p>
<p>В реализации на массиве и push, и pop выполняются в заранее выделенной непрерывной памяти, которая хорошо использует локальность кэша, поэтому такие операции обычно эффективнее. Однако если при push емкость массива оказывается превышена, включается механизм расширения, и временная сложность конкретно этой операции push становится <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> .</p>
<p>В реализации на связном списке расширение выполняется очень гибко, и проблемы падения эффективности из-за расширения массива здесь нет. Но сама операция push требует инициализации объекта-узла и изменения указателей, поэтому в среднем она немного менее эффективна. Впрочем, если помещаемые в стек элементы уже сами являются объектами-узлами, шаг инициализации можно пропустить и тем самым повысить эффективность.</p>
<p>В реализации на массиве и <code>push</code> , и <code>pop</code> выполняются в заранее выделенной непрерывной памяти, которая хорошо использует локальность кэша, поэтому такие операции обычно эффективнее. Однако если при <code>push</code> емкость массива оказывается превышена, включается механизм расширения, и временная сложность именно этой операции становится <span class="arithmatex">\(O(n)\)</span> .</p>
<p>В реализации на связном списке расширение выполняется очень гибко, и проблемы падения эффективности из-за расширения массива здесь нет. Но сама операция <code>push</code> требует инициализации объекта-узла и изменения указателей, поэтому в среднем она немного менее эффективна. Впрочем, если помещаемые в стек элементы уже сами являются объектами-узлами, шаг инициализации можно пропустить и тем самым повысить эффективность.</p>
<p>Итак, когда элементами, помещаемыми и извлекаемыми из стека, являются базовые типы данных, например <code>int</code> или <code>double</code> , можно сделать следующие выводы.</p>
<ul>
<li>Стек на основе массива теряет в эффективности в моменты расширения, но поскольку расширение происходит редко, его средняя эффективность выше.</li>
<li>Стек на основе связного списка может обеспечивать более стабильную производительность.</li>
</ul>
<p><strong>Пространственная эффективность</strong></p>
<p>При инициализации списка система выделяет "начальную емкость", которая может превышать реальную потребность. Кроме того, механизм расширения обычно увеличивает емкость по некоторому коэффициенту (например в 2 раза), и расширенная емкость тоже может оказаться больше фактически необходимой. Поэтому <strong>реализация стека на основе массива может приводить к некоторым потерям памяти</strong>.</p>
<p>При инициализации массива система выделяет начальную емкость, которая может превышать реальную потребность. Кроме того, механизм расширения обычно увеличивает емкость по некоторому коэффициенту, например в 2 раза, и расширенная емкость тоже может оказаться больше фактически необходимой. Поэтому <strong>реализация стека на основе массива может приводить к некоторым потерям памяти</strong>.</p>
<p>Однако, поскольку узлы связного списка должны дополнительно хранить указатели, <strong>узлы списка сами по себе занимают больше пространства</strong>.</p>
<p>В итоге нельзя просто сказать, какая из реализаций более экономна по памяти; это нужно анализировать в контексте конкретной задачи.</p>
<h2 id="514">5.1.4 &nbsp; Типичные применения стека<a class="headerlink" href="#514" title="Permanent link">&para;</a></h2>
<ul>
<li><strong>Кнопки "назад" и "вперед" в браузере, undo и redo в программах</strong>. Каждый раз, когда мы открываем новую страницу, браузер помещает предыдущую страницу в стек, чтобы по операции "назад" можно было вернуться к ней. Операция "назад" по сути является pop. Если нужно одновременно поддерживать и "назад", и "вперед", то обычно используются два стека.</li>
<li><strong>Управление памятью программы</strong>. Каждый раз при вызове функции система помещает на вершину стека стековый кадр, в котором хранится контекст функции. В рекурсивной функции на этапе углубления рекурсии непрерывно выполняются push-операции, а на этапе возврата - pop-операции.</li>
<li><strong>Кнопки "назад" и "вперед" в браузере, undo и redo в программах</strong>. Каждый раз, когда мы открываем новую страницу, браузер помещает предыдущую страницу в стек, чтобы по операции "назад" можно было вернуться к ней. Операция "назад" по сути является <code>pop</code> . Если нужно одновременно поддерживать и "назад", и "вперед", то обычно используются два стека.</li>
<li><strong>Управление памятью программы</strong>. Каждый раз при вызове функции система помещает на вершину стека стековый кадр, в котором хранится контекст функции. В рекурсивной функции на этапе углубления рекурсии непрерывно выполняются операции <code>push</code> , а на этапе возврата - операции <code>pop</code> .</li>
</ul>
<!-- Source file information -->