🧱用Python list 來實現 Stack(堆疊)
在之前的教學中，已經學會了用雙向鏈結串列來實作Stack 堆疊。
今天，要用另一種底層資列結構，python list，來實作Stack 堆疊。
讀者可以從中發現，因為python list的功能和function實作已經很豐富，
所以使用起來，相當直覺，也簡單許多。
定義
是一個線性長條狀的資料結構。
規定推入資料，取出資料都必須在頂端TOP操作。
(就像餐廳疊盤子，或者，書桌上疊書本的那種感覺。)
也由於這項規定，Stack先天具有先進後出First-in Last-out的這種特質。
支援的操作與介面
stack.push(data)
推入一筆新資料data進入stack的頂端。
stack.top()
取得stack頂端目前的資料。
stack.pop()
取得stack頂端目前的資料，並且將此資料從stack頂端移除。
len( stack )
取得stack的大小，也就是現在有幾筆資料存在stack裡。
stack.is_empty()
判斷stack是否為空。
優點
1.在頂端新增、取得、移除資料是O(1) 常數時間。
2.可以根據需求動態延伸或縮短，有效利用記憶體空間。
缺點
1.不支援random acess，不支援Stack[ index ] 這種操作。
2.如果要取得下層的資料，必須先將頂端的資料移除。
Stack的class定義 與 建構子(初始化函式)
class Stack:
def __init__(self):
self.stack = list()
Stack常見的function實現
1.在stack頂端插入新元素
直接在stack頂端放入新元素，對應的底層實作就是在python list尾巴串上新資料。
時間複雜度: O(1) 常數時間
def push(self, data):
self.stack.append(data)
return
2.讀取stack頂端元素
直接返回stack頂端的元素，對應的底層實作就是返回python list尾巴的資料。
實作上有個細節需要留意，假如stack是空的，直接返回None即可。
Pyhon 的索引與法相當靈活，除了支援順著數的0, 1, 2, ..., n-1之外；
還支援逆著數的-1, -2, -3, ..., -n。
self.stack[-1]就相當於 self.stack[ len(self.stack)-1 ]
會回傳陣列尾巴的最後一個元素。
時間複雜度: O(1) 常數時間
def top(self):
if self.is_empty():
return None
return self.stack[-1]
3.從stack頂端取出舊元素
直接返回並且移除stack頂端的元素，
對應的底層實作就是在返回並且移除python list尾巴的資料。
時間複雜度: O(1) 常數時間
def pop(self):
if self.is_empty():
return None
return self.stack.pop()
4.取得stack的長度
返回stack的長度，也代表stack內部資料的總數量。
對應的底層實作就是在返回串列的長度。
時間複雜度: O(1) 常數時間
def __len__(self):
return len(self.stack)
5.檢查stack是否為空
如果stack 的長度為0，代表stack是空的，內部沒有任何資料。
時間複雜度: O(1) 常數時間
def is_empty(self):
return 0 == len( self.stack )
完整的Stack實作和程式碼，底層是Python list。
class Stack:
def __init__(self):
self.stack = list()
def push(self, data):
self.stack.append(data)
return
def pop(self):
if self.is_empty():
return None
return self.stack.pop()
def top(self):
if self.is_empty():
return None
return self.stack[-1]
def is_empty(self):
return 0 == len( self.stack )
def __len__(self):
return len(self.stack)
def __contains__(self, item):
return item in self.stack
def traverse(self):
for element in self.stack:
print(element, end = "->")
print()
return
def test():
print(f"Empty stack\n")
stack = Stack()
for i in range(1, 5):
print(f"Push {i}...")
stack.push(i)
print()
print(f"Is stack empty? {stack.is_empty()}")
print(f"Size of stack: { len(stack) } ")
print()
for i in range(1,6):
print(f"Is {i} in stack? = { i in stack}")
print()
stack.traverse()
for i in range(4):
print(f"Top of stack = {stack.top()}")
print(f"pop {stack.top()}")
stack.pop()
print(f"Is stack empty? {stack.is_empty()}")
return
if __name__ == "__main__":
test()
測試輸出
Empty stack
Push 1...
Push 2...
Push 3...
Push 4...
Is stack empty? False
Size of stack: 4
Is 1 in stack? = True
Is 2 in stack? = True
Is 3 in stack? = True
Is 4 in stack? = True
Is 5 in stack? = False
1->2->3->4->
Top of stack = 4
pop 4
Top of stack = 3
pop 3
Top of stack = 2
pop 2
Top of stack = 1
pop 1
Is stack empty? True
結語
這篇我們透過python list作為底層的輔助資料結構，
來實現完整的Stack class 和 interface function。
讀者可以搭配先前的教學文章，一起復習相關的資料結構。
Stack相關的演算法練習題與詳解
Stack堆疊應用題 合法括號配對字串 Leetcode #20_Valid Parentheses
一魚多吃 用stack來解 最長合法括弧字串 Leetcode #32 Longest Valid Parenthese
應用題 用Stack實作Queue_Leetcode #232 Implement Queue using Stacks
一魚多吃 用stack來解 Backspace String Compare_Leetcode #844
一魚多吃 用stack來驗證 合法括弧字串 678. Valid Parenthesis String
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