堆栈数据结构及其算法详解

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2023-11-01 02:21:24

堆栈概述

堆栈是一种线性的数据结构，其操作遵循后进先出（LIFO）或先进先出（FIFO）原则。具体来说，LIFO堆栈遵循“后进先出”原则，即后添加的元素最先弹出；FIFO堆栈遵循“先进先出”原则，即先添加的元素最先弹出。

堆栈在计算机科学中有着广泛的应用，例如：

编译器：在编译过程中，堆栈用于存储中间代码和符号表。
虚拟机：在虚拟机中，堆栈用于存储方法调用和返回地址。
操作系统：在操作系统中，堆栈用于存储进程状态和内存地址。

堆栈的实现

堆栈可以通过数组或链表来实现。使用数组实现堆栈较为简单，但可能会存在空间浪费问题。使用链表实现堆栈可以避免空间浪费，但操作效率会稍低一些。

基于数组实现的堆栈

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

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

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

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

    def is_empty(self):
        return len(self.items) == 0

基于链表实现的堆栈

class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = None

class Stack:
    def __init__(self):
        self.top = None

    def push(self, item):
        new_node = Node(item)
        new_node.next = self.top
        self.top = new_node

    def pop(self):
        if self.top is None:
            return None
        item = self.top.data
        self.top = self.top.next
        return item

    def peek(self):
        if self.top is None:
            return None
        return self.top.data

    def is_empty(self):
        return self.top is None