Python實現棧

棧（stack）又名堆棧，它是一種運算受限的線性表。其限制是僅允許在表的一端進行插入和刪除運算。

棧允許進行插入和刪除操作的一端稱為棧頂(top)，另一端為棧底(bottom)；棧底固定，而棧頂浮動；棧中元素個數為零時稱為空棧。插入一般稱為進棧（PUSH），刪除則稱為退棧（POP）。

由於堆疊數據結構只允許在一端進行操作，因而按照后進先出（LIFO, Last In First Out）的原理運作。棧也稱為后進先出表。

棧的演示

Visualgo這個網站，我們可以看到整個數據結構的變化過程。可以通過左下角的按鈕調慢演示過程。可能也自己動手 code 實現了過程，那么再在網站上演示一下元素的各種操作過程，會帶來一些更直觀的印象。

復雜度分析

棧屬於常見的一種線性結構，對於進棧和退棧而言，時間復雜度都為 O(1)

在接下來的內容里，我們將逐步介紹棧的具體功能是如何實現的。

1. 創建一個 Stack 的類

對棧進行初始化參數設計

具體實現代碼如下：

class Stack(object):
    def __init__(self, limit=10):
        self.stack = [] #存放元素
        self.limit = limit #棧容量極限

2. push 進棧

壓入 push ：將新元素放在棧頂

當新元素入棧時，棧頂上移，新元素放在棧頂。

具體實現代碼如下:

   def push(self, data):
        if len(self.stack) >= self.limit: #判斷棧是否溢出
            print('StackOverflowError')
            pass
        self.stack.append(data)

3. pop 退棧

彈出 pop ：從棧頂移出一個數據

• 棧頂元素拷貝出來
• 棧頂下移
• 拷貝出來的棧頂作為函數返回值

具體實現代碼如下:

    def pop(self):
        if self.stack:
            return self.stack.pop()
        else:
            raise IndexError('pop from an empty stack') #空棧不能被彈出

4. 添加其他函數

peek : 查看堆棧的最上面的元素

is_empty : 判斷棧是否為空

size : 返回棧的大小

具體實現代碼如下：

    def peek(self):
        if self.stack:
            return self.stack[-1]
    def is_empty(self):
        return not bool(self.stack)
    def size(self):
        return len(self.stack)

完整代碼如下：

class Stack(object):
    def __init__(self, limit=10):
        self.stack = [] #存放元素
        self.limit = limit #棧容量極限
    def push(self, data): #判斷棧是否溢出
        if len(self.stack) >= self.limit:
            print('StackOverflowError')
            pass
        self.stack.append(data)
    def pop(self):
        if self.stack:
            return self.stack.pop()
        else:
            raise IndexError('pop from an empty stack') #空棧不能被彈出
    def peek(self): #查看堆棧的最上面的元素
        if self.stack:
            return self.stack[-1]
    def is_empty(self): #判斷棧是否為空
        return not bool(self.stack)
    def size(self): #返回棧的大小
        return len(self.stack)

 

Stack（棧）在教科書中有一些非常經典的應用，例如：

• 一些其他有趣的應用程序但沒有用於教學目的
• 括號匹配
• 后綴計算器

作業：檢查括號是否完全匹配

使用一個堆棧檢查括號字符串是否平衡

有效括號字符串需滿足：

• 左括號必須用相同類型的右括號閉合。
• 左括號必須以正確的順序閉合。
• 注意空字符串可被認為是有效字符串。

舉例：

((())): True

((()): False

(())): False

目標：

1. 使用一個堆棧作為數據結構
2. 來檢查括號字符串是否完全匹配

class Stack(object):
    def __init__(self, limit=10):
        self.stack = [] #存放元素
        self.limit = limit #棧容量極限
    def push(self, data): #判斷棧是否溢出
        if len(self.stack) >= self.limit:
            print('StackOverflowError')
            pass
        self.stack.append(data)
    def pop(self):
        if self.stack:
            return self.stack.pop()
        else:
            raise IndexError('pop from an empty stack') #空棧不能被彈出
    def peek(self): #查看堆棧的最上面的元素
        if self.stack:
            return self.stack[-1]
    def is_empty(self): #判斷棧是否為空
        return not bool(self.stack)
    def size(self): #返回棧的大小
        return len(self.stack)
def balanced_parentheses(parentheses):
    stack = Stack(len(parentheses))
    for parenthesis in parentheses:
        if parenthesis == '(':
            stack.push(parenthesis)
        elif parenthesis == ')':
            if stack.is_empty():
                return False
            stack.pop()
    return stack.is_empty()
if __name__ == '__main__':
    examples = ['((()))', '((())', '(()))']
    print('Balanced parentheses demonstration:\n')
    for example in examples:
        print(example + ': ' + str(balanced_parentheses(example)))