Python数据结构与算法04:基本结构:栈与Python实现

:本文如涉及到代码,均经过Python 3.7实际运行检验,保证其严谨性。

本文阅读时间约为5分钟

什么是线性结构

什么是线性结构Linear Structure?

线性结构是一种有序数据项的集合,其中每个数据项都有唯一的前驱和后继,除了第一个没有前驱,最后一个没有后继。新的数据加入到数据集里面时,只会加入到原有某个数据项之前或之后。

具有以上这种性质的数据集,称为线性结构

栈Stack、队列Queue、双端队列Deque和列表List都是线性结构,且是最简单但功能强大的线性结构。

栈抽象数据类型及Python实现

什么是栈stack?

是一种有次序的数据项集合。在栈中,数据项的加入和移除都仅发生在同一端。

这一端叫栈“顶top”,另一端叫栈“底base”。日常生活中叠加的盘子,书堆都是“栈”。

栈的特性

距离栈底越近的数据项,留在栈中的时间越长,而最新加入栈的数据会被最先移除。这种次序被称为“后进先出”(LIFO,即Last in First out)。因为栈的数据只会从栈顶开始操作。
这种反转次序的特性,如浏览器或Word里的Undo按钮。

栈Stack的Python实现

用Python来实现ADT Stack

Python有列表和字典等常用数据集。这里采用列表来实现。

Stack的两端对应list设置,可以采用list的任意一端(index=0或-1)来设置为栈顶。

这里采用list的末端,即index=-1处作为栈顶,这样,pop()等同于列表的pop,push就等同于列表的append。

栈要用Python中的类进行定义,其具体代码如下:

#stack.py
class Stack:
    def __init__(self):
        self.items = []
        
    def isEmpty(self):
        return self.items == []

    def push(self, item):
        self.items.append(item)

    def pop(self):
        return self.items.pop()

    def peek(self):
        return self.items[len(self.items)-1]

    def size(self):
        return len(self.items)

定义过后,可以把上述代码形成一个名为stack.py的文件,放在和写的程序文件.py同目录下;也可以直接把上述代码贴在写的程序的篇头。为方便操作和说明,本系列取后者

栈Stack的操作
  • Stack():创建一个空栈,不包含任何数据项。
  • .push(item):将item加入栈顶,无返回值。
  • .pop():将栈顶数据项移除,并返回被移除的项,此时栈被修改。
  • .peek():“窥视”栈顶数据项,返回栈顶的数据项,但不移除,栈不被修改。即只查不改。
  • .isEmpty():返回栈是否为空栈。
  • .size():返回栈中有多少个数据项。
  • .items:查看栈中所有元素,返回列表类型。

测试代码如下:

class Stack:
    def __init__(self):
        self.items = []
        
    def isEmpty(self):
        return self.items == []

    def push(self, item):
        self.items.append(item)

    def pop(self):
        return self.items.pop()

    def peek(self):
        return self.items[len(self.items)-1]

    def size(self):
        return len(self.items)

s = Stack()
s.push(4)
s.push('dog')
s.peek()
Out[7]: 'dog'
s.push(True)
s.size()
Out[9]: 3
s.isEmpty()
Out[10]: False
s.push(8.4)
s.pop()
Out[12]: 8.4
s.pop()
Out[13]: True
s.size()
Out[14]: 2
s.items  #查看栈的所有元素,且返回类型为列表。
Out[15]: [4, 'dog']

To be continued.

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