En informàtica, les estructures de dades són conceptes fonamentals que són crucials per organitzar i emmagatzemar dades de manera eficient. Entre les diferents estructures de dades, piles i cues són dues de les estructures més bàsiques però essencials utilitzades en programació i disseny d'algoritmes. Malgrat la seva simplicitat, formen la columna vertebral de molts sistemes i aplicacions complexes. Aquest article ofereix les diferències entre pila i cua estructures de dades, explorant les seves característiques, operacions i casos d'ús.
Piles
Una pila és una estructura de dades lineal que segueix el principi Last In, First Out (LIFO). Això vol dir que l'últim element afegit a la pila és el primer que s'elimina. Es pot visualitzar com un munt de plaques on només podeu afegir o treure la placa superior.
Operacions a la pila:
Les operacions principals associades a una pila són:
- Empènyer : Afegeix un element a la part superior de la pila.
- Pop : Elimina i torna l'element superior de la pila.
- Peek (o superior) : Retorna l'element superior de la pila sense eliminar-lo.
- Està buit : Comprova si la pila està buida.
- Mida : retorna el nombre d'elements de la pila.
Casos d'ús de Stack:
Les piles s'utilitzen en diverses aplicacions, com ara:
- Gestió de trucades de funció : La pila de trucades en llenguatges de programació fa un seguiment de les trucades i els retorns de funcions.
- Avaluació de l'expressió : S'utilitza per analitzar expressions i avaluar notacions postfix o prefix.
- Fes marxa enrere : Ajuda en algorismes que requereixen explorar totes les possibilitats, com ara la resolució de laberints i la cerca en profunditat.
Cues
A cua és una estructura de dades lineal que segueix el principi First In, First Out (FIFO). Això vol dir que el primer element afegit a la cua és el primer que s'elimina. Es pot visualitzar com una fila de persones que esperen un servei, on la primera persona a la fila és la primera a ser atesa.
Operacions a la cua:
Les operacions principals associades a una cua són:
- Cua : Afegeix un element al final (darrera) de la cua.
- D'acord amb : Elimina i torna l'element frontal de la cua.
- Davant (o Peek) : Retorna l'element frontal de la cua sense eliminar-lo.
- Està buit : Comprova si la cua està buida.
- Mida : retorna el nombre d'elements de la cua.
Casos d'ús de la cua:
Les cues s'utilitzen en diverses aplicacions, com ara:
- Programació de tasques : Els sistemes operatius utilitzen cues per gestionar tasques i processos.
- Cerca d'amplada primer (BFS) : En els algorismes de recorregut de gràfics, les cues ajuden a explorar els nodes nivell per nivell.
- Buffering : s'utilitza en situacions en què les dades es transfereixen de manera asíncrona, com ara les memòries intermèdies d'E/S i la cola d'impressió.
Diferències clau entre la pila i la cua
Aquí hi ha una taula que destaca les diferències clau entre les estructures de dades de pila i cua:
| Característica | Pila | Cua |
|---|---|---|
| Definició | Una estructura de dades lineal que segueix el Últim entrant primer sortit (LIFO) principi. | Una estructura de dades lineal que segueix el Primer en entrar, primer en sortir (FIFO) principi. |
| Operacions primàries | Push (afegir un element), Pop (eliminar un element), Peek (veure l'element superior) | Posar a la cua (afegir un element), treure a la cua (eliminar un element), davanter (veure el primer element), posterior (veure l'últim element) |
| Inserció/Retirada | S'afegeixen i s'eliminen elements del mateix extrem (la part superior). | Els elements s'afegeixen a la part posterior i s'eliminen de la part davantera. |
| Casos d'ús | Gestió de trucades de funcions (pila de trucades), avaluació d'expressions i anàlisi de sintaxis, mecanismes de desfer en editors de text. | Programació de processos en sistemes operatius, gestió de sol·licituds en una cua d'impressores, cerca en gràfics en amplitud. |
| Exemples | Historial del navegador (botó enrere), invertint una paraula. | Línies d'atenció al client, programació de tasques de la CPU. |
| Analogia del món real | Una pila de plats: afegiu i treu plats de la part superior. | Una cua al taulell de bitllets: la primera persona a la fila és la primera a ser atesa. |
| Complexitat (amortitzat) | Empènyer: O(1), Pop: O(1), Ullada: O(1) | Cua: O(1), D'acord amb: O(1), Davant: O(1), posterior: O(1) |
| Estructura de la memòria | Normalment utilitza un bloc contigu de memòria o una llista enllaçada. | Normalment utilitza una memòria intermèdia circular o una llista enllaçada. |
| Implementació | Es pot implementar mitjançant matrius o llistes enllaçades. | Es pot implementar mitjançant matrius, llistes enllaçades o memòria intermèdia circular. |
Conclusió
Les piles i les cues són estructures de dades fonamentals que serveixen per a diferents finalitats en funció de les seves característiques i operacions úniques. Les piles segueixen el principi LIFO i s'utilitzen per fer marxa enrere, gestió de trucades de funcions i avaluació d'expressions. Les cues segueixen el principi FIFO i s'utilitzen per a la programació de tasques, la gestió de recursos i els algorismes de cerca en amplitud. Entendre les diferències entre aquestes dues estructures de dades ajuda a seleccionar l'adequada per a aplicacions específiques, donant lloc a solucions de programació més eficients i efectives.