栈的应用教学设计
数据结构栈课程设计
数据结构栈课程设计栈是一种常见的数据结构，它遵循先进后出（LIFO）的原则。
在本课程设计中，我们将从基本概念开始，逐步深入了解栈的应用和实现。
我们来了解一下栈的基本概念。
栈由一系列元素组成，每个元素都有一个值，并且与其下一个元素有一个明确的关联。
栈有两个基本操作：入栈和出栈。
入栈操作将元素添加到栈的顶部，而出栈操作则将栈顶的元素移除。
栈还有一个很重要的特性是，只能访问和操作栈顶的元素，其他元素无法直接访问。
接下来，我们将探讨栈的应用。
栈在计算机科学领域有着广泛的应用。
其中一个典型的应用是函数调用。
当一个函数被调用时，它的局部变量和返回地址被保存在栈中。
当函数执行完毕后，这些信息会被弹出栈。
另一个常见的应用是表达式求值。
通过使用栈，我们可以将中缀表达式转换为后缀表达式，并利用栈来计算表达式的值。
在栈的实现方面，我们可以使用数组或链表来表示栈。
使用数组时，需要考虑栈的容量限制，而使用链表时则无此限制。
无论使用哪种实现方式，我们都需要实现入栈和出栈操作，并且要确保这些操作的时间复杂度是常数级别的。
除了基本的入栈和出栈操作外，我们还可以对栈进行其他操作，例如判断栈是否为空、获取栈顶元素等。
这些操作都可以通过对栈的结构进行合理的设计和实现来实现。
总结一下，栈是一种常见的数据结构，遵循先进后出的原则。
我们可以通过实现入栈和出栈操作来操作栈，并可以应用到函数调用和表达式求值等场景中。
栈的实现可以使用数组或链表，但无论使用哪种方式，我们都需要确保栈操作的时间复杂度是常数级别的。
通过学习栈的相关知识和应用，我们可以更好地理解和应用数据结构。
栈的实现原理与应用教案
栈的实现原理与应用教案一、简介栈是一种常见的数据结构，它是一种基于后进先出（LIFO）原则的有序集合。
本教案将介绍栈的基本原理、核心操作以及在编程中的应用。
二、栈的定义与基本操作1.栈的定义：栈是一种线性数据结构，它可以存储一组元素。
栈的特点是只能在栈顶进行插入和删除操作。
栈中的最后一个添加的元素称为栈顶，而最早添加的元素称为栈底。
2.栈的基本操作：–push(element): 将元素添加到栈顶。
–pop(): 从栈顶移除一个元素，并返回该元素的值。
–peek(): 返回栈顶元素的值，但不移除它。
–isEmpty(): 判断栈是否为空，如果栈没有任何元素，则返回true，否则返回false。
–size(): 返回栈中元素的个数。
三、栈的实现方式栈可以使用不同的数据结构来实现，常见的实现方式包括数组和链表。
1.数组实现：使用数组来存储栈中的元素，利用数组的特点进行操作。
数组实现的栈具有较高的效率，但容量固定，难以动态扩展。
2.链表实现：使用链表来存储栈中的元素，通过指针（或引用）来连接元素。
链表实现的栈容量可以动态扩展，但操作稍慢，需要额外的空间存储指针。
四、栈的应用场景栈在计算机科学中有着广泛的应用，以下为几个常见的应用场景：1.表达式求值：栈可以用来实现算术表达式的求值。
通过将表达式转换为后缀表达式，并利用栈进行运算，可以简化求值过程。
2.函数调用：栈在函数调用过程中起着重要的作用。
每次函数调用，各个函数的参数、返回地址、局部变量等信息都会被依次压入栈中，函数返回后再依次弹出。
3.括号匹配：使用栈可以判断括号是否匹配。
当遇到左括号时，将其压入栈中；当遇到右括号时，弹出栈顶元素并判断是否与右括号匹配。
4.浏览器历史记录：浏览器的返回（back）和前进（forward）功能可以通过栈来实现。
每当用户访问一个网页，该网页的URL会被压入栈中，并根据用户的操作进行出栈或入栈。
五、教学活动1.教学目标：通过本节课的学习，学生应该能够理解栈的定义、基本操作及实现方式；了解栈在编程中的常见应用场景，并能够利用栈解决相应的问题。
3.3.2栈的应用教学设计
在学习“3.3.2栈的应用”过程中，学生将通过以下方法和过程来达成学习目标：
1.探究学习：通过小组讨论、自主探究，发现并理解栈的特性及其在解决实际问题中的应用。
-教师组织课堂活动，引导学生主动探索，培养其发现问题和解决问题的能力。
2.案例分析：分析栈在解决实际问题中的典型应用，提炼出算法设计的通用方法和步骤。
（二）讲授新知
在讲授新知环节，教师按照以下步骤进行：
1.理论讲解：详细讲解பைடு நூலகம்的基本概念、特性以及在实际问题中的应用场景，如括号匹配、路径问题等。
2.算法分析：通过分析表达式求值、括号匹配等案例，讲解栈在算法设计中的关键作用，引导学生理解算法的步骤和原理。
3.代码演示：以编程语言为例，现场演示栈的实现及在表达式求值中的应用，让学生了解栈的具体操作过程。
在总结归纳环节，教师引导学生进行以下总结：
1.栈的基本概念和特性：回顾栈的定义、特点以及在实际问题中的应用。
2.栈的算法设计：总结栈在解决实际问题中的关键步骤和方法。
3.编程实践：强调编程实践中的注意事项，如代码规范、调试技巧等。
4.团队协作：强调团队协作在解决问题中的重要性，鼓励学生在今后的学习中积极参与合作。
-此作业旨在激发学生的探究兴趣，培养其创新思维和解决实际问题的能力。
4.小组合作项目：以小组为单位，共同完成一个基于栈的应用项目。项目主题自选，可以是游戏、工具软件或任何能够体现栈特性的应用。
-通过小组合作，学生可以锻炼团队协作能力，同时在实际项目中进一步掌握栈的使用。
5.课后反思：请学生结合课堂学习和作业完成情况，撰写一份课后反思，内容包括自己在学习栈的过程中遇到的困难、解决问题的方法、对栈的理解和感受，以及对未来学习的规划。
栈教案
课题：顺序栈教学目标：学习顺序栈的存储结构，掌握栈的操作特性、入栈和出栈两种操作以及栈的典型题目教学难点：栈的典型题目课的类型：新授课教学方法：讲授法、演示法教具：多媒体教学过程：一、导入1、简单复习前面所学过的一般线性表，今天要学的一种特殊线性表2、世上电梯有哪几种？分为：先进先出和先进后出两种电梯。
商场里那种扶手电梯就是属于先进先出的电梯，符合我们一贯的先来后到原则。
而高楼里的升降式电梯则与之相反，通常是先进去的人站里边，出来时反而落在后面。
先进后出不循先来后到之规矩，在生活中也不是个例。
譬如我们穿鞋袜，穿的时候是先穿袜后穿鞋，而脱的时候却是先脱鞋后脱袜；穿衣服也是如此。
而栈就是线性表中先进后出中特殊的一种。
二、新科讲授1.栈的逻辑结构栈：限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。
空栈：不含任何数据元素的栈。
允许插入和删除的一端称为栈顶，另一端称为栈底。
（在PPT中做一个动态的栈给大家演示哪个是栈顶哪个是栈底）2.栈的分类：顺序栈和链栈3.顺序栈（1）顺序栈的定义：栈的顺序存储结构称为顺序栈（2）存储结构的描述：#define Maxsize 100/*设顺序栈的最大长度为100，可依实现情况而修改*/typedef int datatype;typedef struct{datatype data[Maxsize];/*定义一个DataType类型的数组*/int top；/*栈顶指针*/}SeqStack；/*顺序栈类型定义*/顺序栈的基本操作InitStack(&S)：初始化，构造一个空栈SClearStack(S)：栈S已经存在，清除栈S中的所有元素将S置成空栈。
Push(S, x) ：在S的顶部插入(亦称压入)元素x；若S栈未满，将x插入栈顶位置，若栈已满，则返回FALSE，表示操作失败，否则返回TRUE。
（入栈操作) Pop(S) ：删除S的栈顶元素并返回其值（出栈操作）（主要讲入栈和出栈，在PPT中动画演示着边看边板书入栈和出栈的代码）顺序栈的实现——入栈void Push (SeqStack S, T x){if (top==MAXSIZE-1) printf( “溢出”);top++;s.data[top]=x;}顺序栈的实现——出栈datatype Pop (SeqStack S ){if (top==-1) printf (“栈空”);x=S.data[top--];return x;}取栈顶元素GetTop (S)5）判空操作StackEmpty (S)4.链栈（1）链栈的定义：栈的链式存储结构称为顺序栈（2）存储结构的描述：typedef struct StackNode{DataType datastruct StackNode *next};StackNode *top;（3）链栈的基本操作(1) 初始化栈void InitStack( StackNode *top){top=NULL;}(2) 判断空栈int StackEmpty(StackNode *top){return top==NULL;}(3)取栈顶DataType GetTop(StackNode *top){if(StackEmpty(p))Cout<<“栈空”;return top–>data;}链栈的实现——入栈void Push(StackNode *top,DataType x){s=(StackNode*)malloc(sizeof(StackNode));s->data=x;s->next=top;top=s;}链栈的实现——出栈DataType Pop(StackNode *top){if(StackEmpty(top)Cout<<“栈空”;x=top->data;p=top;top=top->next;delete p;return x;}4.栈的典型题目有三个元素按a、b、c的次序依次进栈，且每个元素只允许进一次栈，则可能的出栈序列有多少种？第一种：出栈序列：c、b、a（abc都入栈后依次出栈）第二种：出栈序列：b、c、a（ab先入栈，随后b出栈、之后c入栈再出栈、最后a出栈）第三种：出栈序列：a、b、c（a入栈后出栈，b入栈后出栈、c入栈后出栈）思考下，上面问题还有没有其他的出栈方式？答：第四种：出栈序列：b、a、c（ab入栈后依次出栈、c最后入栈再出栈）第五种：出栈序列：a、c、b（a入栈再出栈、bc后入栈再出栈）三、小结1.回顾栈的特性2.栈的类型定义栈：限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。
栈的应用教学设计
出”。
四、栈的应用举例任何一个表达式都是由操作数、运算符和界限符组成的。
后两项统称为算符，算符集合命名为OP。
引入问题：如何用堆栈实现表达式求值？表达式求值有三种形式。
中缀表示：<操作数><运算符><操作数>前缀表示：<运算符><操作数><操作数>后缀表示：<操作数><操作数><运算符>以中缀表达式为例，进行重点讲解。
例2、用栈求解表达式21+44-3*6的值。
# 21+44-3*6#实现方法：设置一个运算符栈和一个操作数栈。
算符间的优先关系求值规则：1）先乘除,后加减；2）先括号内,后括号外；3）同类运算,从左至右。
约定：q1---栈顶的运算符q2---当前的运算符当q1=#，为开始符当q2=#，为结束符根据上述优先关系表，可见21+44-3*6#中‘-’ <‘*’，‘*’ >‘#’。
2、算法基本思想1）首先置‘#’为运算符栈的栈底元素, 操作数栈为空栈；2) 依次读入表达式中各个字符，如果判断为操作数则OPND栈，如21，44，进操作数栈；若为运算符θ2，则和OPTR的栈顶元素θ1比较优先级，θ1和θ2进行比较。
当θ1 < θ2 ，θ2 进栈；表达式21+44-3*6的算法编程实现。
[动画演示]1.5分钟结合算法演示系统，讲解用栈求解表达式21+44-3*6的算法执行过程。
[小结]2分钟栈的定义，栈的“先进后出”的特性；栈的顺序存储的实现；栈的应用。
当θ1 = θ2 ，θ1 出栈；若θ1 > θ2 ，θ1 出栈，先进行操作数求值；然后运算结果再进栈。
3、算法编程实现OperandType EvaluateExpression ( ){ InitStack(OPTR);push(OPTR,`#`);InitStack(OPND);read(w);Whi le NOT ((w=’#’)AND (GetTop(OPTR)= `#`) )[IF w NOT IN op THEN[ push(OPND,w); read(w);ELSE CASEPrecede(GetTop(OPTR),w)OF`<`:[ push(OPTR,c); read(w);]`=`: [pop(OPTR,x);if x=FUNCTION thenPUSH(OPND,x(POP(OPNE)));read(w);]`>`: [b:= pop(OPND);a:= pop(OPND);theta:= pop(OPTR);push(OPND,Operate(a,theta,b));]ENDC; ]RETURN(POP(OPND))ENDF;4、算法执行过程# 21+44-3*6#1）“#”先压入到运算符栈，即push(OPTR,`#`);OPTR OPND2）push(OPND,`21`)2）‘#’ <‘+’，push(OPTR, `+` );3）push(OPND,`44`)。
栈和队列的应用(算法与数据结构课程设计)
栈和队列的应用一、问题描述栈和队列是一种常见的数据结构，是两种非常重要的线性结构，也都是线性表，它们是操作受限的的线性表，有顺序栈、链式栈、链式队列和循环队列等形式。
它们广泛应用在各种软件系统中。
本题就是要用这些线性结构先完成基本的应用，如回文，逆置。
再编写一个简易的停车场管理系统，完成对车辆出入库的管理、停车时间的记录和管理费用的结算。
二、基本要求1、选择顺序栈和链队列，完成回文判断、字符串的逆置；2、选择链栈和循环队列，完成回文判断、字符串的逆置；3、运用栈和队列，完成简易停车场管理系统，要求：（1）车辆入库管理及时间记录；（2）车辆出库管理、时间的记录及管理费用的结算；（3）若停车场已满则车辆进入便车道等候。
三、测试数据1、回文判断的测试数据：abcbc@；2、字符串逆置的测试数据：abcdef；3、停车场管理系统测试数据：（1）输入A1、A2、A3实现车辆的入库及对便车道进行测试；（2）输入D1对车辆出库及管理费用结算进行测试。
四、算法思想1、（1）定义顺序栈和链队列及关于它们的基本操作，如定义栈和队列、求栈和队列的长度、入栈出栈、入队列出队列等。
方便后面函数的调用，是实现程序的基石。
（链栈和循环队列也是如此）2、（1）编写函数Palindrome_Test来实现字符串的回文判断，回文是利用了栈的反序输出原则而队列则是顺序输出这个思想来实现的。
往栈和队列输入同一组字符，再将它们一起输出，这样栈输出的字符就与原来的顺序相反了，而队列输出的字符与原来的顺序仍然是一样的，这样比较它们输出的字符是否相等就可以判断是否是回文了。
是则输出1，不是则输出。
(2)编写函数nzhi来实现一段字符串的逆置。
逆置是通过栈的反序输出来实现的。
通过它将队列的一组字符串进行逆置。
将队列的字符串顺序入栈然后出栈。
这样得到的字符串与原来的字符串就逆置过来了。
3、（1）定义车节点的类型及栈和队列的相关操作。
（2）用栈的操作编写一个停车场，队列的操作编写一个便车道。
3.4.1栈 教学设计-高中信息技术粤教版(2019)选择性必修1
教学重点：
1.依据解决问题的需要，从现实情境中提炼出栈结构。
2.了解栈在计算机程序中的组织和实现方法。
教学难点：
1.能够总结出栈的特性，运用栈的特性解决实际操作问题。
知识讲解（1）：栈的概念及特征
教学过程
利用思维导图对课程内容进行梳理，总结提炼栈结构在生活及计算机科学中的重要意义。引导学生热爱中国传统文化、正确认识我国高铁取得的瞩目成就，并以此为契机引导学生投身创新创造热潮，践行“强国有我”的时代号召。
教学设计
课程
秋季学期
课题
栈
教科书
书 名：信息技术选择性必修1 数据与数据结构 教材
出版社：广东教育出版社
教学目标
1.依据解决问题的需要，从现实情境中提炼出栈结构。
2.能够总结出栈的特性，了解栈在计算机程序中的组织和实现方法。
3.通过具体任务的探究活动，体验用栈解决问题的基本流程，逐步形成运用栈结构解决问题的思维方式和学科方法。
对于使用堆栈的课程设计
对于使用堆栈的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解堆栈的基本概念，掌握堆栈的特点及分类；2. 学生能描述堆栈在计算机科学中的应用，了解其作用；3. 学生掌握堆栈的基本操作，包括入栈、出栈、查看栈顶元素等；4. 学生了解堆栈在解决实际问题中的优势，如递归、后缀表达式等。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，编写简单的堆栈程序；2. 学生能够分析实际问题时，运用堆栈思维解决问题；3. 学生能够通过调试堆栈程序，发现并解决常见问题；4. 学生能够运用堆栈知识，进行简单的算法优化。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习堆栈，培养对计算机科学的兴趣，提高学习积极性；2. 学生在解决问题时，培养逻辑思维能力和团队合作意识；3. 学生在学习过程中，树立正确的价值观，认识到堆栈在科技发展中的重要性；4. 学生通过堆栈知识的学习，增强自信心，勇于面对挑战。
本课程设计旨在帮助学生掌握堆栈知识，提高编程能力，培养逻辑思维和团队协作能力，同时激发学生对计算机科学的兴趣，使其在学习过程中形成正确的价值观。
课程目标具体、可衡量，便于教师进行教学设计和评估。
针对学生的年级特点，课程注重理论与实践相结合，以实际案例为主线，引导学生主动探索，培养其解决问题的能力。
二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，结合教材章节，组织如下：1. 堆栈基本概念：介绍堆栈的定义、特点、分类及应用场景；- 教材章节：第二章第三节；- 内容列举：堆栈的定义、堆栈的抽象数据类型、堆栈的存储结构。
2. 堆栈操作：讲解堆栈的基本操作，如入栈、出栈、查看栈顶元素等；- 教材章节：第二章第四节；- 内容列举：堆栈操作算法、堆栈的顺序存储实现、堆栈的链式存储实现。
3. 堆栈应用实例：分析堆栈在实际问题中的应用，如递归、后缀表达式等；- 教材章节：第二章第五节；- 内容列举：递归算法、后缀表达式求值、栈在函数调用中的应用。
4. 堆栈程序设计与调试：通过案例教学，让学生编写、调试堆栈程序；- 教材章节：第二章第六节；- 内容列举：堆栈程序设计、调试技巧、常见问题分析。
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栈的应用教学设计
根据上述优先关系表，可见21+44-3*6#中‘-’ <‘*’，‘*’ >‘#’。
2、算法基本思想
1）首先置‘#’为运算符栈的栈底元素, 操作数栈为空栈；
2) 依次读入表达式中各个字符，
如果判断为操作数则OPND栈，如21，44，进操作数栈；
若为运算符θ2，则和OPTR的栈顶元素θ1比较优先级，θ1和θ2进行比较。
当θ1 < θ2 ，θ2 进栈；
当θ1 = θ2 ，θ1 出栈；
若θ1 > θ2 ，θ1 出栈，先进行操作数求值；然后运算结果再进栈。
3、算法编程实现
OperandType EvaluateExpression ( )
{ InitStack(OPTR); push(OPTR,`#`);
InitStack(OPND);
read(w);
While NOT ((w=’#’)
AND (GetTop(OPTR)= `#`) )
[ IF w NOT IN op THEN
[ push(OPND,w); read(w);
ELSE CASE
Precede(GetTop(OPTR),w) OF
`<`:[ push(OPTR,c); read(w);]
`=`: [pop(OPTR,x);
if x=FUNCTION then
PUSH(OPND,x(POP(OPNE)));
read(w);]
`>`: [b:= pop(OPND);
a:= pop(OPND); [实例讲解]
1分钟
结合例题，讲解算法基本思想。
[动画演示]
1.5分钟
结合算法演示系统，重点讲解用栈求解表达式21+44-3*6的算法编程实现。
theta:= pop(OPTR);
push(OPND, Operate(a,theta,b));
]
ENDC; ]
RETURN( POP(OPND)) ENDF;
4、算法执行过程
# 21+44-3*6#
1）“#”先压入到运算符栈，即push(OPTR,`#`);
OPTR OPND
2）push(OPND,`21`)
2）‘#’ <‘+’，push(OPTR, `+` );
3）push(OPND,`44`)
4）‘*’ >‘-’，b:= pop(OPND);
a:= pop(OPND);
theta:= pop(OPTR);
即
b= 44; a=21;21+44=65;
push (OPND,`65`)
5）‘#’ <‘-’，push(OPTR, `-` );
6）push(OPND,`3`)
7）‘-’ <‘*’，push(OPTR, `*` );
8）push(OPND,`6`)
9）‘*’ >‘#’，b:= pop(OPND);
a:= pop(OPND);
theta:= pop(OPTR);
即
b= 3; a=6;3*6=18;
push (OPND,`18`)
10）‘-’ >‘#’，b:= pop(OPND);
a:= pop(OPND);
theta:= pop(OPTR);
即
b= 18; a=65; [动画演示]
1.5分钟
结合算法演示系统，讲解用栈求解表达式21+44-3*6的算法执行过程。