栈和队列的运用

栈的应用

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，常用于需要临时存储和回溯的场景。

函数调用栈
程序执行时，函数调用和返回通过栈管理。每次调用函数时，当前上下文（如局部变量、返回地址）压入栈；函数返回时弹出栈顶上下文。

表达式求值
中缀表达式转换为后缀表达式或直接求值时，运算符栈用于暂存运算符。遇到操作数直接输出，运算符根据优先级入栈或出栈。

括号匹配
遍历字符串时，左括号压入栈；遇到右括号时检查栈顶是否匹配。栈为空或不匹配则失败，否则弹出栈顶。

浏览器历史
浏览器的前进后退功能通过双栈实现：一个栈保存已访问页面，另一个栈暂存后退弹出的页面。

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队列的应用

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，适合处理顺序任务和缓冲。

任务调度
操作系统中的进程调度使用队列管理就绪任务。先到达的任务先执行，新任务加入队尾。

消息队列
分布式系统中，消息队列解耦生产者和消费者。消息按顺序入队，消费者从队头获取。

广度优先搜索（BFS）
图的BFS算法中，队列存储待访问节点。从队头取出节点，将其邻接节点加入队尾。

缓冲区管理
数据流处理（如视频播放）时，队列作为缓冲区平衡生产和消费速度，避免数据丢失或卡顿。

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代码示例

栈的括号匹配（Python）

def is_valid(s: str) -> bool:
    stack = []
    mapping = {')': '(', '}': '{', ']': '['}
    for char in s:
        if char in mapping:
            top = stack.pop() if stack else '#'
            if mapping[char] != top:
                return False
        else:
            stack.append(char)
    return not stack

队列的BFS（Python）

from collections import deque

def bfs(graph, start):
    visited = set()
    queue = deque([start])
    while queue:
        node = queue.popleft()
        if node not in visited:
            print(node)
            visited.add(node)
            queue.extend(graph[node] - visited)