PHP数据结构之栈

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栈（Stack）是一种后进先出（Last In First Out, LIFO）的数据结构，它只允许在一端（称为栈顶）进行插入和删除操作。栈的应用非常广泛，例如在编程语言的函数调用中，每次函数调用都会将一个新的帧压入栈中，当函数返回时，该帧会被弹出。此外，栈还常用于解决某些算法问题，如括号匹配、深度优先搜索等。

栈的基本概念

1. 栈的定义

栈是由一系列元素组成的集合，这些元素按照特定的顺序排列。栈的主要特点是只能在栈顶进行插入和删除操作。栈顶是最后一个被插入的元素所在的位置，而栈底则是第一个被插入的元素所在的位置。

1. 栈的操作

栈主要有两种基本操作：

• Push：向栈顶添加一个新元素。
• Pop：从栈顶移除一个元素。

除了这两种基本操作外，还有一些辅助操作，如：

• Top/Peek：查看栈顶元素但不移除它。
• isEmpty：检查栈是否为空。
• Size：获取栈中元素的个数。

PHP实现栈

在PHP中，我们可以使用数组来实现栈的功能。以下是一个简单的栈类实现：

class Stack {
    private $stack;

    public function __construct() {
        $this->stack = array();
    }

    // Push element onto stack
    public function push($item) {
        array_push($this->stack, $item);
    }

    // Pop element from stack
    public function pop() {
        if ($this->isEmpty()) {
            throw new UnderflowException("Stack is empty");
        }
        return array_pop($this->stack);
    }

    // Peek at the top item on the stack
    public function peek() {
        return $this->stack[count($this->stack) - 1];
    }

    // Check if the stack is empty
    public function isEmpty() {
        return empty($this->stack);
    }

    // Get the number of items in the stack
    public function size() {
        return count($this->stack);
    }
}

在这个实现中，我们使用了PHP的array_push和array_pop函数来分别实现栈的Push和Pop操作。同时，我们还提供了peek、isEmpty和size方法来满足其他辅助操作的需求。

栈的应用实例

1. 括号匹配

括号匹配是一个经典的使用栈解决的问题。我们可以使用栈来检查一个字符串中的括号是否正确匹配。以下是一个简单的示例：

function isValidParentheses($s) {
    $stack = new Stack();
    for ($i = 0; $i < strlen($s); $i++) {
        $char = $s[$i];
        if ($char == '(' || $char == '{' || $char == '[') {
            $stack->push($char);
        } else {
            if ($stack->isEmpty()) {
                return false;
            }
            $top = $stack->pop();
            if (($char == ')' && $top != '(') ||
                ($char == '}' && $top != '{') ||
                ($char == ']' && $top != '[')) {
                return false;
            }
        }
    }
    return $stack->isEmpty();
}

1. 逆波兰表达式求值

逆波兰表达式（Reverse Polish Notation, RPN）是一种后缀表达式，它的运算符位于操作数之后。我们可以使用栈来求解逆波兰表达式的值。以下是一个示例：

function evalRPN($tokens) {
    $stack = new Stack();
    foreach ($tokens as $token) {
        if (is_numeric($token)) {
            $stack->push($token);
        } else {
            $b = $stack->pop();
            $a = $stack->pop();
            switch ($token) {
                case '+':
                    $stack->push($a + $b);
                    break;
                case '-':
                    $stack->push($a - $b);
                    break;
                case '*':
                    $stack->push($a * $b);
                    break;
                case '/':
                    $stack->push($a / $b);
                    break;
            }
        }
    }
    return $stack->pop();
}

总结

栈作为一种重要的数据结构，具有广泛的应用场景，如括号匹配、逆波兰表达式求值等。掌握栈的原理和实现方法，对于提高编程能力和解决实际问题是非常有帮助的。

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