Giải chuyên đề Tin 12 KNTT Bài 5: Thực hành kiểu dữ liệu ngăn xếp và hàng đợi có đáp án

Ví dụ thực tế cần sử dụng cả kiểu dữ liệu hàng đợi (queue) và ngăn xếp (stack) là trong việc thực hiện kiểm tra biểu thức số học (arithmetic expression) để xem liệu biểu thức có được viết đúng (well-formed) hay không, đặc biệt là kiểm tra tính đúng đắn của dấu ngoặc.

Ví dụ: Kiểm tra tính đúng đắn của dấu ngoặc trong biểu thức

Giả sử có một biểu thức toán học và bạn muốn kiểm tra xem tất cả các dấu ngoặc mở đều có dấu ngoặc đóng tương ứng và được đặt đúng thứ tự. Để làm điều này, bạn có thể sử dụng ngăn xếp và hàng đợi như sau:

1. Ngăn xếp (Stack): Dùng để theo dõi các dấu ngoặc mở.

2. Hàng đợi (Queue): Dùng để lưu trữ biểu thức đã phân tích và kiểm tra trong trường hợp bạn cần lưu trữ và xử lý lại sau khi kiểm tra dấu ngoặc.

Cách thực hiện như sau:

1. Duyệt qua từng ký tự trong biểu thức:

- Nếu gặp dấu ngoặc mở ((, [, {), đưa vào ngăn xếp.

- Nếu gặp dấu ngoặc đóng (), ], }), kiểm tra ngăn xếp để đảm bảo dấu ngoặc đóng tương ứng với dấu ngoặc mở tương ứng. Nếu đúng, loại bỏ dấu ngoặc mở khỏi ngăn xếp.

2. Sau khi duyệt qua tất cả các ký tự:

- Nếu ngăn xếp trống, biểu thức có dấu ngoặc đúng.

- Nếu ngăn xếp không trống, biểu thức có dấu ngoặc không đúng.

Đầu tiên, viết chương trình để đọc dữ liệu từ hai tệp input1.inp và input2.inp, sau đó mô phỏng quá trình phục vụ suất ăn. Dưới đây là gợi ý chương trình hoàn chỉnh mẫu:

from queue import Queue

from collections import deque

# Định nghĩa lớp Stack sử dụng deque cho ngăn xếp

class Stack:

    def __init__(self):

        self.items = deque()

    def is_empty(self):

        return len(self.items) == 0

    def push(self, item):

        self.items.append(item)

    def pop(self):

        if not self.is_empty():

            return self.items.pop()

        return None

    def size(self):

        return len(self.items)

def bepan(dangkiga, dangkibo, suatan):

    doimon = [] # list chứa ID những người phải đổi món

    while not suatan.is_empty():

        tmp = suatan.pop()

        if tmp == "bò":  # nếu suất ăn lấy ra là bò

            if not dangkibo.empty():  # còn người đăng kí suất ăn bò

                dangkibo.get()

            else:

                ID_doi = dangkiga.get()

                doimon.append(ID_doi)

        elif tmp == "gà":  # nếu suất ăn lấy ra là gà

            if not dangkiga.empty():  # còn người đăng kí suất ăn gà

                dangkiga.get()

            else:

                ID_doi = dangkibo.get()

                doimon.append(ID_doi)

    return doimon

# Khởi tạo hàng đợi cho cơm gà và cơm bò

dangkiga = Queue()

dangkibo = Queue()

# Khởi tạo ngăn xếp cho các suất ăn

suatan = Stack()

# Đọc thông tin đăng kí và đưa vào 2 queue

with open("input1.inp", "r", encoding="utf8") as file1:

    for line in file1.readlines():

        id, dangki = line.strip().split()

        if dangki == "gà":

            dangkiga.put(id)

        elif dangki == "bò":

            dangkibo.put(id)

# Đọc thông tin suất ăn và đưa vào ngăn xếp

with open("input2.inp", "r", encoding="utf8") as file2:

    data = file2.read().strip().split()

    for item in data:

        suatan.push(item)

doimon = bepan(dangkiga, dangkibo, suatan)

if len(doimon) == 0:

    print("Không có người nào phải đổi món ăn")

else:

    print("Danh sách những người phải đổi món là:", doimon)

- Nhận xét về vị trí của những người phải đổi món ăn

Sau khi chạy chương trình với nhiều trường hợp dữ liệu đầu vào khác nhau, nhận xét về vị trí của những người phải đổi món ăn:

- Những người phải đổi món ăn luôn nằm trong hàng đợi ban đầu của loại suất ăn còn lại khi loại suất ăn họ đăng ký đã được phục vụ hết.

- Vị trí của những người phải đổi món ăn phụ thuộc vào thứ tự của họ trong hàng đợi. Người đầu tiên trong hàng đợi sẽ phải đổi món trước khi đến lượt họ nếu hàng đợi của suất ăn còn lại đã hết.

Để tính toán thời gian chờ đợi trung bình cần theo dõi thời gian chờ của mỗi người. Dưới đây là chương trình mở rộng để tính toán thời gian chờ đợi trung bình.

def bepan_with_wait_time(dangkiga, dangkibo, suatan):

    doimon = [] # list chứa ID những người phải đổi món

    wait_times = {}

    current_time = 0

    while not suatan.is_empty():

        current_time += 1  # Mỗi lượt lấy suất ăn là 1 giây

        tmp = suatan.pop()

        if tmp == "bò":  # nếu suất ăn lấy ra là bò

            if not dangkibo.empty():  # còn người đăng kí suất ăn bò

                id = dangkibo.get()

                wait_times[id] = current_time

            else:

                id = dangkiga.get()

                doimon.append(id)

                wait_times[id] = current_time

        elif tmp == "gà":  # nếu suất ăn lấy ra là gà

            if not dangkiga.empty():  # còn người đăng kí suất ăn gà

                id = dangkiga.get()

                wait_times[id] = current_time

            else:

                id = dangkibo.get()

                doimon.append(id)

                wait_times[id] = current_time

    return doimon, wait_times

# Đọc thông tin đăng kí và đưa vào 2 queue

dangkiga = Queue()

dangkibo = Queue()

with open("input1.inp", "r", encoding="utf8") as file1:

    for line in file1.readlines():

        id, dangki = line.strip().split()

        if dangki == "gà":

            dangkiga.put(id)

        elif dangki == "bò":

            dangkibo.put(id)

# Đọc thông tin suất ăn và đưa vào ngăn xếp

suatan = Stack()

with open("input2.inp", "r", encoding="utf8") as file2:

    data = file2.read().strip().split()

    for item in data:

        suatan.push(item)

doimon, wait_times = bepan_with_wait_time(dangkiga, dangkibo, suatan)

if len(doimon) == 0:

    print("Không có người nào phải đổi món ăn")

else:

    print("Danh sách những người phải đổi món là:", doimon)

# Tính toán thời gian chờ đợi trung bình

if wait_times:

    total_wait_time = sum(wait_times.values())

    average_wait_time = total_wait_time / len(wait_times)

    print(f"Thời gian chờ đợi trung bình là: {average_wait_time:.2f} giây")

else: