python数据结构学习笔记-2016-11-01-01-栈ADT及其实现

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本文是关于Python数据结构的学习笔记，重点介绍了栈（Stack）的抽象数据类型（ADT）及其两种实现方式——顺序栈和链式栈。栈遵循后进先出（LIFO）原则，主要操作包括创建、判断空栈、获取长度、弹出元素、查看栈顶元素和压入元素。栈的实现可以使用列表或链表，列表实现称为顺序栈，链表实现则为链式栈。

7.1 栈ADT

栈(stack)是只允许在一端进行插入或删除元素操作的储存容器，其特点是后进先出(last-in first-out, LIFO)。

其允许插入删除的一端称为栈顶(top)，另一端称为栈底(bottom)。没有任何元素时称为空栈。

栈ADT应包含的属性：

Stack()：创建一个空栈；
isEmpty()：判断栈是否为空；
length()：返回栈的元素个数；
pop()：弹出元素，栈的元素个数减一，若为空栈，则引发异常；
peek()：获取栈顶元素，不改变栈的元素个数；
push(item)：将元素item压入栈中，作为新的栈顶，栈的元素个数加一。

#-*-coding: utf-8-*-

# 栈基本操作

PROMPT = "Enter an int value (<0 to end): "
myStack() = Stack()
value = int(raw_input(PROMPT))
while value >= 0:
    myStack.push(value)
    value = int(raw_input(PROMPT))

while not myStack.isEmpty():
    value = myStack.pop()
    print value

7.2 栈的实现

栈有两种实现方式，一种是使用python列表(数组也可)，另一种是使用链表。前者称为顺序栈，后者称为链式栈。

顺序栈

#-*-coding: utf-8-*-

# 使用Python列表实现栈，即顺序栈

class Stack():
    def __init__(self):
        self._theItems = list()

    def isEmpty(self):
        return len(self) == 0

    def __len__(self):
        return len(self._theItems)

    # 返回栈顶
    def peek(self):
        assert not self.isEmpty(), "Cannot peek at an empty stack."
        return self._theItems[-1]

    # 列表最后一个元素作为栈顶
    def pop(self):
        assert not self.isEmpty(), "Cannot pop from an empty stack."
        return self._theItems.pop()

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

链式栈

#-*-coding: utf-8-*-

# 使用链表实现栈，即链式栈，

class Stack(object):
    def __init__(self):
        self._top = None
        self._size = 0

    def isEmpty(self):
        return self._top is None

    def __len__(self):
        return self._size

    # 返回栈顶
    def peek(self):
        assert not self.isEmpty(), "Cannot peek at an empty stack."
        return self._top.item

    # 首元结点作为栈顶
    def pop(self):
        assert not self.isEmpty(), "Cannot pop from an empty stack."
        node = self._top
        self.top = self._top.next
        self._size -= 1
        return node.item

    def push(self, item):
        self._top = _StackNode(item, self._top)
        self._size += 1

# 链式栈结点的储存类，注意next属性的初始值
class _StackNode(object):
    def __init__(self, item, link):
        self.item = item
        self.next = link

显然，链式栈的时间复杂度都是O(1)，比顺序栈要更有效。