python数据结构之堆栈

本篇我以堆栈的数据类型和操作方法两个方面总结学习笔记

堆栈（Stack）

• 一种后进先出（LIFO）的线性数据结构，对堆栈的插入和删除操作都只能在栈顶（top）进行。
• 堆栈可以通过数组和链表轻松实现

一、数据类型

• Stack() 创建堆栈
• push(item) 向栈顶插入项(平时的insert) / append()(内置)
• pop() 返回栈顶的项(内置)，并从堆栈中删除该项(平时的remove)
• clear() 清空堆栈
• empty() 判断堆栈是否为空
• size() 返回堆栈中项的个数
• top() 返回栈顶的项

操作示意图

二、代码实现

下面以数组和链表两个方面写出实现代码。时间复杂度分析如下

• 动态数组插入前面O(n)，插入后面0(1)
• 链表插入前面O(1)，插入后面O(n)
• 所以堆栈为了达到0(1)的效果：数组堆到后面，链表插到前面

'''
动态数组堆栈（Array Stack）
堆栈的数组实现插到数组后面，因此基本都是对最后一个元素进行操作
'''
class ArrayStack(object):
    def __init__ (self):
        self._data = [] #空的容器
        
    def __len__ (self): #size
        return len(self._data)
    
    def is_empty(self):
        return len(self._data) == 0
    
    #push进堆栈： O(1)
    def push(self, e):
        self._data.append(e)
        
    # 查看栈顶元素：O(1)
    def top(self):           
        if self.is_empty( ):
            raise ValueError( 'Stack is empty' )
        return self._data[-1]
    
    # 弹出栈顶元素O(1)
    def pop(self):
        if self.is_empty( ):
            raise ValueError( 'Stack is empty' )
        return self._data.pop( )  
    
    #打印堆栈    
    def printstack(self):   
        for i in range(len(self._data)):
            print(self._data[i], end = ' ')
        print()
        
mystack = ArrayStack()
print ('size was: ', str(len(mystack)))
mystack.push(1)
mystack.push(2)
mystack.push(3)
mystack.push(4)
mystack.push(5)
print ('size was: ', str(len(mystack)))
mystack.printstack()
mystack.pop()
mystack.pop()
print ('size was: ', str(len(mystack)))
mystack.printstack()
print(mystack.top())
mystack.pop()
mystack.pop()
mystack.pop()

#输出结果
size was:  0
size was:  5
1 2 3 4 5 
size was:  3
1 2 3 
3

'''
链表（Linked List）
堆栈的链表实现插到元素前面，因此都是对第一个节点进行操作
下面模块导入自我的链表学习笔记代码
'''
from LinkedList import LinkedList
from LinkedList import Node

class LinkedStack(object):
    def __init__ (self):
        self._list = LinkedList()
        
    def __len__ (self):
        return self._list.length
    
    def is_empty(self):
        return self._list.length == 0
    
    # O(1)
    def push(self, e):
        self._list.add_first(e);
        
    # O(1)
    def top(self):
        return self._list.get_first().value;
    
    # O(1)
    def pop(self):
        return self._list.remove_first().value;
        
    def printstack(self):
        self._list.printlist()
        
mystack = LinkedStack()
print ('size was: ', str(len(mystack)))
mystack.push(1)
mystack.push(2)
mystack.push(3)
mystack.push(4)
mystack.push(5)
print ('size was: ', str(len(mystack)))
mystack.printstack()
mystack.pop()
mystack.pop()
print ('size was: ', str(len(mystack)))
mystack.printstack()
print(mystack.top())
mystack.pop()
mystack.pop()
mystack.pop()

#输出结果
size was:  0
size was:  5
5 4 3 2 1 
size was:  3
3 2 1 
3