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# 在 Python 中实现堆栈
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> 原文：<https://www.pythonforbeginners.com/data-types/implement-stack-in-python>
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栈是一种数据结构，它遵循后进先出(LIFO)的顺序来访问元素。在堆栈中，我们只能访问最近添加的元素。堆栈在表达式处理、回溯和函数调用等应用中有很多用途。在本文中，我们将尝试用 python 实现带链表的堆栈数据结构。
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## 使用链表在 Python 中实现堆栈
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链表是一种线性数据结构，其中每个数据对象指向另一个对象。为了用链表实现一个堆栈，我们将不得不执行插入和删除，以及从链表中删除元素，这样它将花费恒定的时间。只有当我们在链表的开头插入和删除元素时，这才是可能的。
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为了在 python 中实现带链表的堆栈，我们将首先定义一个 node 对象，它将包含当前元素，并使用引用 next 指向插入它之前的节点。在 python 中，该节点可以按如下方式实现。
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```py
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class Node:
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def __init__(self,data,size):
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self.data=data
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self.next=None
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```
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当我们用链表实现一个堆栈时，它将有一个名为 top 的元素，这个元素将引用链表中最近插入的元素。所有其他元素都可以通过它来访问。我们可以用 python 实现一个空栈，top 初始化为 None，stackSize 初始化为 0，如下所示。
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```py
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class Stack:
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def __init__(self):
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self.top=None
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self.stackSize=0
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```
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## 在 Python 中实现栈中的推送操作
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当我们将一个元素插入到堆栈中时，这个操作叫做 push 操作。为了在链表的帮助下实现栈中的 push 操作，对于每一次插入，我们将在链表的开头添加要插入的元素。这样，最近的元素将总是在链表的开始。然后，我们将堆栈的顶部元素指向链表的开头，并将 stackSize 递增 1。可以使用 python 中的链表实现推送操作，如下所示。
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```py
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def push(self,data):
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temp=Node(data)
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if self.top is None:
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self.top=temp
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self.stackSize= self.stackSize+1
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else:
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temp.next=self.top
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self.top=temp
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self.stackSize=self.stackSize+1
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```
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## 用 Python 实现堆栈中的弹出操作
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当我们从堆栈中取出一个元素时，这个操作被称为弹出操作。要从堆栈中取出的元素是最近添加到堆栈中的元素。正如我们所知，在推送操作中，我们将最近的元素添加到堆栈顶部指向的链表的开头，因此我们将删除顶部指向的元素，并将顶部指向下一个最近的元素。在执行弹出操作之前，我们将检查堆栈是否为空。如果堆栈为空，即 top 指向 None，我们将使用 [python try except](https://www.pythonforbeginners.com/error-handling/python-try-and-except) 引发一个异常，并显示堆栈为空的消息。我们可以如下实现 pop 操作。
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```py
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def pop(self):
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try:
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if self.top == None:
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raise Exception("Stack is Empty")
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else:
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temp=self.top
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self.top=self.top.next
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tempdata=temp.data
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self.stackSize= self.stackSize-1
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del temp
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return tempdata
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except Exception as e:
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print(str(e))
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```
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## 如何访问栈顶元素
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由于栈顶的元素被 top 引用，我们只需返回 top 指向的节点中的数据。它可以按如下方式实现。
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```py
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def top_element(self):
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try:
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if self.top == None:
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raise Exception("Stack is Empty")
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else:
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return self.top.data
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except Exception as e:
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print(str(e))
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```
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## 获取堆栈的大小
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因为我们在 stackSize 变量中保留了当前的堆栈大小，所以我们只需返回 stackSize 变量 top 中的值。这可以如下进行。
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```py
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def size(self):
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return self.stackSize
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```
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## 检查堆栈是否为空
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元素 top 指的是堆栈中最近的元素。如果堆栈中没有元素，top 将指向 None。因此，要检查堆栈是否为空，我们只需检查 top 是否指向 None 或者 stackSize 变量的值是否为 0。我们可以实现 isEmpty()方法来检查堆栈是否为空，如下所示。
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```py
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def isEmpty(self):
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if self.stackSize==0:
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return True
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else:
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return False
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```
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使用 python 中的链表实现堆栈的完整工作代码如下。
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```py
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#!/usr/bin/env python3
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# -*- coding: utf-8 -*-
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"""
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Created on Sun Apr 25 00:28:19 2021
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@author: aditya1117
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"""
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class Node:
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def __init__(self,data):
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self.data=data
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self.next=None
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class Stack:
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def __init__(self):
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self.top=None
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self.stackSize=0
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def push(self,data):
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temp=Node(data)
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if self.top is None:
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self.top=temp
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self.stackSize= self.stackSize+1
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else:
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temp.next=self.top
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self.top=temp
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self.stackSize=self.stackSize+1
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def pop(self):
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try:
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if self.top == None:
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raise Exception("Stack is Empty")
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else:
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temp=self.top
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self.top=self.top.next
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tempdata=temp.data
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self.stackSize= self.stackSize-1
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del temp
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return tempdata
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except Exception as e:
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print(str(e))
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def isEmpty(self):
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if self.stackSize==0:
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return True
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else:
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return False
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def size(self):
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return self.stackSize
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def top_element(self):
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try:
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if self.top == None:
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raise Exception("Stack is Empty")
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||
else:
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return self.top.data
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except Exception as e:
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print(str(e))
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s=Stack()
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s.push(1)
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print(s.size())
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s.push(2)
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print(s.size())
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||
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||
print(s.pop())
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||
print(s.size())
|
||
print(s.pop())
|
||
print(s.stackSize)
|
||
|
||
print(s.top_element())
|
||
print(s.isEmpty())
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```
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||
输出:
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||
```py
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1
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2
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2
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1
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||
1
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||
0
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Stack is Empty
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||
None
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True
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```
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## 结论
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在本文中，我们使用 python 中的链表实现了 stack 及其所有操作。为了更深入地了解它，并理解 stack 与内置数据结构(如 [python dictionary](https://www.pythonforbeginners.com/dictionary/how-to-use-dictionaries-in-python/) 、list 和 set)有何不同，复制上面示例中给出的完整代码，并试验其中的操作。请继续关注更多内容丰富的文章。 |