Czym jest metoda LIFO (Last-in, First-Out) w algorytmach i informatyce?

To, że komputery tak sprawnie zarządzają pamięcią, a aplikacje utrzymują porządek w swoich procesach, tkwi w fundamentalnej zasadzie stosowanej w algorytmach i informatyce – metodzie LIFO (Last-in, First-Out), nazywanej także stosem. 

Źródło: https://unsplash.com/photos/black-laptop-computer-turned-on-on-table-vpOeXr5wmR4

To właśnie dzięki niej dane są organizowane w taki sposób, że ostatnio dodany element jest pierwszym do usunięcia. W świecie IT znajduje ona zastosowanie na wielu płaszczyznach – od prostego zarządzania pamięcią po skomplikowane struktury danych wykorzystywane w programowaniu.

Jednak czym dokładnie jest metoda LIFO, jaki ma mechanizm działania i gdzie używa jej się najczęściej? O tym w dzisiejszym wpisie. 

Co to jest LIFO? Wyjaśnienie zasady Last In, First Out

Zasada Last In, First Out (LIFO) stanowi podstawę w zarządzaniu zapasami i zasobami. Ogólnie mówiąc, oznacza to, że pierwsze do wykorzystania są te produkty lub jednostki, które dołączyły do naszych zapasów jako ostatnie. Jest to przeciwieństwo metody FIFO (First In, First Out), gdzie na czele kolejki do wykorzystania stoją towary dodane jako pierwsze.

LIFO jest często stosowane w miejscach, gdzie produkty nie tracą na wartości w miarę upływu czasu – na przykład w przypadku materiałów budowlanych czy niektórych sprzętów. Ten szereg działań pozwala na lepszą kontrolę kosztów w okresach inflacji: nowe zapasy są często droższe, więc ich szybka rotacja może skuteczniej odpowiadać aktualnym cenom sprzedaży.

Stosowanie LIFO w praktyce prowadzi do ciekawych sytuacji księgowych i logistycznych. Gdy ceny surowców gwałtownie rosną, firmy korzystające z tej metody mogą notować niższe zyski (sprzedając drogie towary), co ma swoje odzwierciedlenie w opłacanych podatkach. Metoda LIFO ma duże znaczenie dla firm o globalnym zasięgu; różnice wynikające z wyceny zapasów mogą wpływać na raporty finansowe i porównywalność wyników między regionami o różnych standardach księgowych.

Algorytm LIFO w informatyce 

Interesujące jest, że zasada LIFO znajduje zastosowanie nie tylko w zarządzaniu fizycznymi zapasami. W świecie informatyki, algorytm LIFO efektywnie zarządza danymi w strukturach takich jak stosy (stacks). W tym kontekście ostatnie elementy dodane są przetwarzane lub usuwane jako pierwsze. Ten model jest kluczowy, między innymi, w zarządzaniu pamięcią operacyjną komputera oraz przy funkcjach rekurencyjnych.

Zasada LIFO w praktyce – jak działa ta metoda?

LIFO w praktyce oznacza zarządzanie dostawami w taki sposób, że najnowsze partie produktów są zużywane jako pierwsze; w każdej branży jest to jednak stosowane nieco inaczej, na przykład: 

• w produkcji – w świecie, gdzie ceny materiałów są nieprzewidywalne, LIFO jest niezastąpione do dostosowywania kosztów do bieżących cen sprzedaży. W czasach inflacji, taka strategia ułatwia zarządzanie zapasami i staje się korzystna dla biznesu,
• w magazynach – metoda LIFO niesie ze sobą uproszczenia logistyczne. Pracownicy magazynowi mogą skupić swoją uwagę na najnowszych produktach znajdujących się blisko wyjścia. Ta technika prowadzi do szybszej rotacji zapasów,
• w księgowości – tutaj ta metoda może mieć interesujące konsekwencje finansowe. Gdy ceny surowców idą w górę, LIFO umożliwia księgowanie wyższych kosztów zakupu, co skutkuje obniżeniem deklarowanego dochodu i w efekcie – zmniejszeniem podatków.

Jednak LIFO nie jest złotym rozwiązaniem na wszystko. W przypadku produktów, które szybko tracą na wartości lub ważności (na przykład sprzętu elektronicznego), LIFO może okazać się ryzykowne. 

Kolejka LIFO w algorytmice i programowaniu

Stos jest podstawowym filarem struktury danych w algorytmice i programowaniu. Jego działanie opiera się na LIFO. To podejście okazuje się wyjątkowo przydatne w kontekście zarządzania pamięcią i wywołania funkcji. Stos umożliwia nam dodawanie i usuwanie elementów ze szczytu, co czyni go idealnym narzędziem w sytuacji, gdzie na pierwszym miejscu stoi szybki dostęp do najświeższych danych. 

Przykłady wykorzystania stosu to:

• rekurencja,
• zarządzanie stanem aplikacji,
• mechanizmy kontroli nawrotów (backtracking),
• analiza składniowa języków programowania,
• proste algorytmy przeszukiwania i sortowania.

Jego prosta budowa sprawia, że często pojawia się na początku edukacji informatycznej jako świetny punkt startowy do zgłębiania bardziej złożonych struktur danych. Siła stosu tkwi w jego konstrukcji umożliwiającej błyskawiczny dostęp do ostatnich elementów bez konieczności przejrzenia całej struktury. W praktyce przekłada się to na oszczędność czasu i zasobów obliczeniowych, co jest ważne dla aplikacji o wysokich wymaganiach wydajnościowych.

https://unsplash.com/photos/a-computer-screen-with-a-bunch-of-code-on-it-ieic5Tq8YMk

Gdzie stosuje się metodę LIFO w informatyce?

W świecie informatyki, metoda LIFO jest elementem zarządzania pamięcią komputerową oraz implementacji różnorodnych algorytmów i struktur danych. Dzięki niej możemy błyskawicznie otrzymać dostęp do najświeższych danych.

Kolejnym obszarem zastosowania metody LIFO jest zarządzanie pamięcią operacyjną w systemach operacyjnych. Dzięki temu podejściu efektywne zarządzanie pamięcią tymczasową staje się realne. Wszystko za sprawą przechowywania zmiennych i adresów powrotowych na stosie podczas działania danego programu.

Metoda ta ma też swoje miejsce w programowaniu rekurencyjnym. W takim przypadku stos przechowuje adresy powrotne i wartości lokalne dla każdego pojedynczego wywołania funkcji. To umożliwia płynne kontynuowanie działania programu po zakończeniu procesów rekurencyjnych.

Stos (stack) jako przykład struktury danych LIFO

Stos, nazywany również stackiem, jest kluczową strukturą danych w programowaniu. Bazuje właśnie na idei LIFO, co oznacza, że elementy są dodawane i usuwane od samego końca. Dzięki temu, bez konieczności przeszukiwania całej struktury, można szybko uzyskać dostęp do najświeższych danych. Podstawowe operacje na stosie to:

• push (dodawanie elementów),
• pop (usuwanie elementów).

Operacje te są niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania systemu LIFO. Push umieszcza nowy element na szczycie stosu, podczas gdy pop usuwa ostatnio dodane dane. Stos odgrywa kluczową rolę w zarządzaniu pamięcią – systemy operacyjne używają go do przechowywania informacji o stanie procesów. Wśród jego największych zalet warto wymienić:

• szybki dostęp – nie trzeba przeszukiwać całej struktury, by znaleźć najnowszy element,
• prosta implementacja – łatwo go stworzyć i obsłużyć,
• wydajność – zmniejsza czas potrzebny na operacje wejścia/wyjścia, co oznacza oszczędność zasobów.

Przykłady działania metody LIFO – zobacz, jak to działa krok po kroku

Działanie metody LIFO spróbujemy teraz przybliżyć na 3 praktycznych przykładach:

• Zarządzanie zapasami w magazynie – gdy ceny surowców idą w górę, LIFO pozwala nam sprzedać najdroższe produkty jako pierwsze. Wyobraź sobie firmę, która nabyła towar A za 100 zł za sztukę w styczniu a potem dokupiła kolejną partię za 150 zł w marcu. W kwietniu ceny rynkowe rosną do 200 zł za sztukę. Towar zakupiony ostatnio, czyli ten za 150 zł jest sprzedawany jako pierwszy. Taka strategia pozwala firmie błyskawicznie dostosować się do zmieniającej się sytuacji rynkowej i skutecznie zarządzać kosztami,
• Programowanie – w informatyce stos (ang. stack), który pracuje na zasadzie LIFO, jest wykorzystywany do przechowywania tymczasowych danych podczas pracy programu. Weźmy pod uwagę algorytm sprawdzający poprawność nawiasów w wyrażeniu matematycznym. Każdy otwierający nawias ( ląduje na stosie, a kiedy pojawia się zamykający nawias ), algorytm sprawdza stos. Jeśli na szczycie jest odpowiadający otwierający nawias (, zostaje usunięty. Kiedy jednak stos jest pusty lub nie ma odpowiedniego nawiasu otwierającego – wyrażenie jest nieprawidłowe. Dzięki LIFO możemy szybko zarządzać tymi operacjami bez konieczności przeszukiwania całej listy elementów – ostatnio dodany element (nawias) jest zawsze łatwo dostępny,
• Operacje finansowe – firmy, które korzystają z tej metody podczas inflacji, mogą efektywniej zarządzać kosztami surowców i produktów końcowych. W sytuacji rosnących cen, księgowość rejestruje zużycie najdrożej zakupionych materiałów jako pierwsze. To prowadzi do wykazania wyższych kosztów produkcji i niższego dochodu przed opodatkowaniem – co ostatecznie może skutkować mniejszymi płatnościami podatkowymi.

Zalety i ograniczenia podejścia LIFO 

Jakie zalety ma podejście LIFO? Są to przede wszystkim: 

• efektywność – w sytuacji inflacyjnej, gdy ceny materiałów idą w górę, podejście to pozwala lepiej dopasować koszty do przychodów, dzięki czemu zarządzanie finansami staje się mniej podatne na fluktuacje rynkowe,
• szybki dostęp do danych – w przypadku programowania, stos LIFO umożliwia natychmiastowe dotarcie do ostatnio dodanych elementów, co jest szczególnie istotne przy operacjach takich jak wywołania funkcji rekurencyjnych czy zarządzanie stanem aplikacji,

Mimo swoich zalet, metoda LIFO nie jest pozbawiona wad:

• może prowadzić do zaniżenia wartości zapasów na bilansie firmy, co stanowi wyzwanie dla analizy finansowej przedsiębiorstwa,
• brak powszechnej akceptacji tej metody przez różne standardy rachunkowości – np. IFRS (Międzynarodowe Standardy Rachunkowości), co ogranicza możliwość jej zastosowania na niektórych rynkach globalnych,
• używanie LIFO może prowadzić do obniżenia dochodu netto – wynika to z wyższych kosztów zakupu towarów, które są sprzedawane jako pierwsze podczas wzrostu cen surowców.

Metoda LIFO ma wiele praktycznych zastosowań w świecie informatyki (i nie tylko!) ze względu na swoje skupienie na najnowszych danych. Niemniej jednak, decyzja o jej implementacji powinna być dobrze przemyślana i dostosowana do specyfiki danego sektora oraz obowiązujących regulacji księgowych i podatkowych.