Python数据结构学习笔记——栈
目錄
- 一、棧的定義和特性
- （一）棧的定義
- （二）棧的反轉(zhuǎn)特性
- 二、實現(xiàn)分析步驟
- 三、棧的Python實現(xiàn)代碼
- 四、棧的應(yīng)用
- （一）匹配圓括號
- （二）匹配符號
- （三）模2除法（十進制轉(zhuǎn)二進制）
- （四）進制轉(zhuǎn)換
- 結(jié)語
一、棧的定義和特性
（一）棧的定義
棧是一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，棧是元素的有序集合，其元素的順序取決于添加順序或移除順序，它有兩端，稱作頂端和底端，即對應(yīng)棧的棧頂和棧底，棧中元素的添加稱為入棧，而元素的移除稱為出棧，棧中元素的添加操作和移除操作都發(fā)生在其頂端。
棧中最后添加的元素將最先被移除，棧的排序原則被稱作LIFO，即后進先出，最先添加的元素在棧底，它最后最移出。
簡單來說，可比喻為幾本書或磚頭疊在一起，需要依次從上至下一本一本地拿出書，最下面的那本書最后被拿出。
（二）棧的反轉(zhuǎn)特性
棧的反轉(zhuǎn)特性最明顯的例子體現(xiàn)在瀏覽器的返回鍵中，我們知道在瀏覽網(wǎng)頁時，實際上的網(wǎng)頁是文件，是由 HTML 構(gòu)成的文件，每個網(wǎng)頁文件都有一個唯一的URL（即統(tǒng)一資源定位符）。
當從當前網(wǎng)頁跳轉(zhuǎn)到另一個網(wǎng)頁頁面時，當前瀏覽的網(wǎng)頁處于棧頂，而之前的網(wǎng)頁相對當前網(wǎng)頁位于棧底，也就是這些網(wǎng)頁的URL都被存放在一個棧中。
二、實現(xiàn)分析步驟
通過Python中的類與對象，在類中定義幾個方法，且使用列表來實現(xiàn)棧的相關(guān)操作，棧的操作有：
1、創(chuàng)建一個空棧，通過構(gòu)造方法創(chuàng)建一個空列表；
2、向棧（棧頂）中添加元素，通過列表的append()或insert()實現(xiàn)添加新的元素至棧中。（若將列表的尾部作為棧的頂端，則通過append()實現(xiàn)；而若將列表的頭部作為棧的頂端，則通過insert()實現(xiàn)，insert()第一個參數(shù)表示索引位置，第二個參數(shù)即要添加的元素，由于是向棧頂添加元素，則第一個參數(shù)為0（列表的下標從0開始））；
def push(self, item):self.items.append(item) # 將一個元素添加到棧的頂端，它需要一個參數(shù)item，且無返回值【self.items.insert(0,item)】3、刪除棧頂元素，通過列表的pop()實現(xiàn)刪除棧頂?shù)脑亍?#xff08;若將列表的尾部作為棧的頂端，pop()內(nèi)無參數(shù)，即此時刪除列表的末尾元素，也就是棧的頂端元素；而若將列表的頭部作為棧的頂端，則pop(0)表示移除列表中下標為0的元素）；
def pop(self):return self.items.pop() # 將棧頂?shù)脑匾瞥?#xff0c;它不需要參數(shù)，但會返回頂端的元素，且修改棧的內(nèi)容【return self.items.pop(0)】4、返回棧頂元素，若將列表的尾部作為棧的頂端，則通過len()先取得列表的長度，由于下標是從0開始，所以要減1；而若將列表的頭部作為棧的頂端，則直接通過索引列表下標為0的元素）；
def peek(self):return self.items[len(self.items) - 1] # 返回棧頂端的元素，它不需要參數(shù)，不會修改棧的內(nèi)容【return self.items[0]】5、檢查棧是否為空，通過比較運算符“==”比較棧是否為空，若為空，則返回布爾值False，若不為空，則返回True；
def isEmpty(self):return self.items == [] # 檢查棧是否為空，它不需要參數(shù)，且會返回一個布爾值6、返回棧中元素數(shù)目，通過len()取列表的長度，即返回棧中元素的數(shù)目。
def size(self):return len(self.items) # 返回棧中元素的數(shù)目，它不需要參數(shù)，且會返回一個整數(shù)三、棧的Python實現(xiàn)代碼
將列表的尾部作為棧的頂端：
# 通過列表實現(xiàn)棧的操作（以列表尾部作為棧的頂端） class Stack:def __init__(self):self.items = [] # 創(chuàng)建一個空棧，它不需要參數(shù)，且會返回一個空棧def isEmpty(self):return self.items == [] # 檢查棧是否為空，它不需要參數(shù)，且會返回一個布爾值def push(self, item):self.items.append(item) # 將一個元素添加到棧的頂端，它需要一個參數(shù)item，且無返回值def pop(self):return self.items.pop() # 將棧頂?shù)脑匾瞥?#xff0c;它不需要參數(shù)，但會返回頂端的元素，且修改棧的內(nèi)容def peek(self):return self.items[len(self.items) - 1] # 返回棧頂端的元素，它不需要參數(shù)，不會修改棧的內(nèi)容def size(self):return len(self.items) # 返回棧中元素的數(shù)目，它不需要參數(shù)，且會返回一個整數(shù)s = Stack() # s是一個新創(chuàng)建的空棧，創(chuàng)建一個對象，即對象名稱=類名稱() print(s.isEmpty()) # 檢查棧是否為空 s.push("wddd") s.push("w") s.push(123) print(s.peek()) # 返回棧最頂端的元素 print(s.size()) # 返回當前棧中的元素數(shù)目 s.push(False) print(s.size()) print(s.isEmpty()) s.push(0.2) print(s.pop()) # 刪除棧頂元素 print(s.peek()) print(s.size())運行結(jié)果如下：
四、棧的應(yīng)用
（一）匹配圓括號
我們知道圓括號由左括號“(”和右括號“)”進行匹配的，通過創(chuàng)建一個空棧來保存括號，從左至右依次處理括號，若匹配到左括號則通過push()方法將其添加至棧中，而若匹配到右括號則通過pop()方法刪除棧頂元素，最后若所有括號都匹配則棧為空，程序會返回一個布爾值來表示括號是否匹配。
程序完整代碼及解析如下：
運行結(jié)果如下：
（二）匹配符號
通過改進匹配圓括號的程序從而實現(xiàn)對符號“()”、“[]”和“{}”的匹配，在原有的基礎(chǔ)上加了一個函數(shù)matches()，該函數(shù)檢查每一個從棧頂移除的符合是否與當前的右符合相匹配，匹配符號的程序完整代碼及解析如下：
# 通過列表實現(xiàn)棧的操作（以列表尾部作為棧的頂端） class Stack:def __init__(self):self.items = [] # 創(chuàng)建一個空棧，它不需要參數(shù)，且會返回一個空棧def isEmpty(self):return self.items == [] # 檢查棧是否為空，它不需要參數(shù)，且會返回一個布爾值def push(self, item):self.items.append(item) # 將一個元素添加到棧的頂端，它需要一個參數(shù)item，且無返回值def pop(self):return self.items.pop() # 將棧頂?shù)脑匾瞥?#xff0c;它不需要參數(shù)，但會返回頂端的元素，且修改棧的內(nèi)容def peek(self):return self.items[len(self.items) - 1] # 返回棧頂端的元素，它不需要參數(shù)，不會修改棧的內(nèi)容def size(self):return len(self.items) # 返回棧中元素的數(shù)目，它不需要參數(shù)，且會返回一個整數(shù)# 定義一個有參函數(shù)matches()，該函數(shù)檢查每一個從棧頂移除的符合是否與當前的右符合相匹配 def matches(left, right):left = "([{"right = ")]}"return left.index(left) == right.index(right) # index()用于檢查子字符串是否在字符串中# 定義一個有參函數(shù)Par_Checker()，其參數(shù)parenthesis是輸入的括號 def Par_Checker(parenthesis):s = Stack() # s是一個新創(chuàng)建的空棧，創(chuàng)建一個對象balanced = Trueindex = 0while index < len(parenthesis) and balanced: # 若當前索引值小于輸入的符號的總長度且變量balanced的值為正確時，一直執(zhí)行while循環(huán)下去symbol = parenthesis[index] # 取輸入的符號賦給變量symbol，變量index的初值為0if symbol in "([{": # 若匹配到左符號則通過push()方法將其添加至棧中s.push(symbol)else:if s.isEmpty(): # 檢查棧是否為空，它不需要參數(shù)，會返回一個布爾值balanced = False # 棧為空，變量balanced的值變?yōu)镕alseelse:top = s.pop() # 若匹配到右符號則通過pop()方法刪除棧頂元素if not matches(top, symbol): # 調(diào)用matches()函數(shù)檢查每一個從棧頂移除的符合是否與當前的右符合相匹配，即若未匹配執(zhí)行以下語句balanced = Falseindex = index + 1 # 索引加一，對下一個符號進行檢查if balanced and s.isEmpty(): # 如果棧為空，則代表所有符號都匹配成功return Trueelse:return False#測試 print(Par_Checker("(({)(")) print(Par_Checker("](")) print(Par_Checker("{([]})"))運行結(jié)果如下：
（三）模2除法（十進制轉(zhuǎn)二進制）
我們知道將十進制轉(zhuǎn)二進制可以通過模2除法的方法實現(xiàn)，也就是除2取余，逆序排列，如下十進制25轉(zhuǎn)換為二進制：
最后可得25=0001 1001=11001：
我們從步驟上可以看出，計算出的第一個余數(shù)是得到結(jié)果的最后一位，而最后計算出的余數(shù)是結(jié)果的第一位，所以可以將得到的二進制數(shù)看成一系列數(shù)字，創(chuàng)建一個空棧，通過一系列方法得到二進制數(shù)字。
模2除法的程序完整代碼及解析如下：
運行結(jié)果如下：
（四）進制轉(zhuǎn)換
根據(jù)十進制轉(zhuǎn)二進制的程序代碼可以進一步改進，首先該函數(shù)可以另外定義一個參數(shù)base，它表示相應(yīng)的進制數(shù)（二進制、八進制、十六進制），另外創(chuàng)建一個字符串digits，由于有十進制轉(zhuǎn)十六進制，所以該字符串的內(nèi)容應(yīng)該有ABCDEF，再加上數(shù)字0-9，即該字符串的內(nèi)容為“0123456789ABCDEF”，它用于存儲對應(yīng)位置上的數(shù)字，當從棧中移除一個十進制余相應(yīng)的進制數(shù)得到的余數(shù)時，就可以作為訪問數(shù)字的下標，即對應(yīng)的數(shù)字會被添加到結(jié)果中，最后再通過pop()方法將棧頂?shù)脑匾瞥?#xff0c;通過對字符串索引的方式依次索引移除的元素，并通過"+"拼接賦值給字符串newString。
十進制轉(zhuǎn)其他進制（二進制、八進制、十六進制）的程序完整代碼及解析如下：
運行結(jié)果如下：
結(jié)語
參考書籍：《Python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析 第2版》
[美] 布拉德利·米勒（Bradley N. Miller） 戴維·拉努姆（DavidL. Ranum）|譯者:呂能 刁壽鈞
以上就是本次Python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學習筆記棧的全部內(nèi)容，篇幅較長，感謝您的閱讀和支持，若有表述或代碼中有不當之處，望指出！您的指出和建議能給博主帶來很大的動力！！！
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Python数据结构学习笔记——栈的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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