巧用链表实现带min函数的栈，高效查询最小值，代码附例

2024-01-04 00:19:06

在计算机科学中，栈是一种常见的数据结构，遵循后进先出的原则，后放入栈中的元素会率先被弹出。为了进一步增强栈的功能，我们可以增加一个min函数，以便随时查询栈中所含的最小元素。要实现这一功能，可以使用链表这种动态数据结构，本文将详细介绍这种方法，并提供相关代码示例。

数据结构

对于一个普通的栈，我们只需要使用一个数组即可实现，但要实现带min函数的栈，需要使用链表。链表是一种动态数据结构，由一组节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表可以很容易地进行插入和删除操作，因此非常适合实现栈这种后进先出的数据结构。

算法思想

为了实现带min函数的栈，我们需要在链表中存储两个值：当前栈顶元素的值和栈中所有元素的最小值。当我们在栈中插入一个新元素时，我们会将其值与当前的最小值进行比较，如果新元素的值更小，那么我们将新元素的值存储为新的最小值。当我们在栈中弹出元素时，我们将检查当前的最小值是否与栈顶元素的值相同，如果相同，那么我们还需要更新最小值。

代码示例

class Node:
    def __init__(self, value, next_node=None):
        self.value = value
        self.next_node = next_node

class MinStack:
    def __init__(self):
        self.top = None
        self.min_value = None

    def push(self, value):
        new_node = Node(value)
        if self.top is None:
            self.top = new_node
            self.min_value = value
        else:
            new_node.next_node = self.top
            self.top = new_node
            if value < self.min_value:
                self.min_value = value

    def pop(self):
        if self.top is None:
            raise IndexError("Stack is empty")
        popped_value = self.top.value
        self.top = self.top.next_node
        if popped_value == self.min_value:
            self.min_value = self.top.value if self.top is not None else None
        return popped_value

    def min(self):
        if self.top is None:
            raise IndexError("Stack is empty")
        return self.min_value

if __name__ == "__main__":
    min_stack = MinStack()
    min_stack.push(3)
    min_stack.push(5)
    min_stack.push(2)
    min_stack.push(1)
    min_stack.push(4)

    print("Current stack:", min_stack.top)
    print("Minimum value in stack:", min_stack.min())

    popped_value = min_stack.pop()
    print("Popped value:", popped_value)
    print("Current stack:", min_stack.top)
    print("Minimum value in stack:", min_stack.min())