Python数据结构之栈、队列的实现代码分享

1. 栈

栈（stack）又名堆栈，它是一种运算受限的线性表。其限制是仅允许在表的一端进行插入和删除运算。这一端被称为栈顶，相对地，把另一端称为栈底。向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。

栈(Stack)是限制插入和删除操作只能在一个位置进行的表，该位置是表的末端，称为栈的顶(top)。栈的基本操作有PUSH(入栈)和POP(出栈)。栈又被称为LIFO(后入先出)表。

1.1 栈的实现

class Stack(object):
  def __init__(self):
    self.stack=[]
  def isEmpty(self):
    return self.stack==[]
  def push(self,item):
    self.stack.append(item)
  def pop(self):
    if self.isEmpty():
      raise IndexError,'pop from empty stack'
    return self.stack.pop()
  def peek(self):
    return self.stack[-1]
  def size(self):
    return len(self.stack)

1.2 栈应用

1.2.1 检查程序中成对的符号

程序的语法错误经常是由缺少一个符号造成的。可用栈来检查符号是否成对。做一个空栈，如果字符是开放符号('({[')则将其push栈中。如果符号是个闭合符号(')]}'),则当栈空时报错，对应'()}'的错误。否则，将栈pop，如果弹出的符号不是对应的开放符号，则报错，对应'(}'的错误。文件末尾，如果栈为空，则报错，对应'({}'的错误。

def match(i,j):
  opens='([{'
  closes=')]}'
  return opens.index(i)==closes.index(j)
def syntaxChecker(string):
  stack=Stack()
  balanced=True
  for i in string:
    if i in '([{':
      stack.push(i)
    elif i in ')]}':
      if stack.isEmpty():
        balanced=False
        break
      else:
        j=stack.pop()
        if not match(j,i):
          balanced=False
          break
  if not stack.isEmpty():
    balanced=False
  return balanced

1.2.2 进制转换

十进制转换二进制：把十进制转成二进制一直分解至商数为0。从最底左边数字开始读，之后读右边的数字，从下读到上。

来自《Problem Solving with AlGorithms and Data Structures》的图片：

代码：

def decimal_to_bin(dec):
  stack=Stack()
  cur=dec
  while cur>0:
    a=cur%2
    cur=cur/2
    stack.push(a)
  binstr=''
  while not stack.isEmpty():
    binstr+=str(stack.pop())
  return binstr

1.2.3 后缀记法

后缀记法(postfix)，使用一个栈，见到一个数时入栈，遇到一个运算符时就作用于从栈弹出的两个元素，将结果弹入栈中。

(7+8)/(3+2)可以写作7 8 + 3 2 + /

来自《Problem Solving with Algorithms and Data Structures》的图片：

def infixtoPostfix(infix):
  a={}
  a['*']=3
  a['/']=3
  a['+']=2
  a['-']=2
  a['(']=1
  stack=Stack()
  post=''
  for i in infix:
    if i not in a and i!=')':
      post+=i
    elif i=='(':
      stack.push(i)
    elif i==')':
      top=stack.pop()
      while top!='(':
        post+=top
        top=stack.pop()
    else:     
      while not stack.isEmpty() and a[i]<=a[stack.peek()]:
        post+=stack.pop()
      stack.push(i)
  while not stack.isEmpty():
    post+=stack.pop()
  return post
          
def postfixExp(postfix):
  stack=Stack()
  postlist=postfix.split()
  for i in postlist:
    if i not in '+-*/':
      stack.push(i)
    else:
      a=stack.pop()
      b=stack.pop()
      result=math(i,b,a)
      stack.push(result)
  return stack.pop()
def math(x,y,z):
  if x=='+':
    return float(y)+float(z)
  if x=='-':
    return float(y)-float(z)
  if x=='*':
    return float(y)*float(z)
  if x=='/':
    return float(y)/float(z)

2 队列

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

队列(queue)也是表，使用队列时插入和删除在不同的端进行。队列的基本操作是Enqueue(入队)，在表的末端(rear)插入一个元素，还有出列(Dequeue)，删除表开头的元素。

class Queue(object):
  def __init__(self):
    self.queue=[]
  def isEmpty(self):
    return self.queue==[]
  def enqueue(self,x):
    self.queue.append(x)
  def dequeue(self):
    if self.queue:
      a=self.queue[0]
      self.queue.remove(a)
      return a
    else:
      raise IndexError,'queue is empty'
  def size(self):
    return len(self.queue)

总结

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