Стеки — это фундаментальная структура данных в информатике. Они используются для хранения и управления данными в линейном формате, в котором элементы добавляются и удаляются по принципу «последним пришел – первым ушел» (LIFO). Это означает, что последний элемент, добавленный в стек, будет удален первым. В этом блоге мы рассмотрим, что такое стеки, как они работают и как их использовать в компьютерном программировании.
Что такое стек?
Стек — это набор элементов, в который данные можно добавлять или удалять только с одного конца, называемого «вершиной» стека. Вершина стека — единственная точка доступа для добавления или удаления элементов. Это ограничение делает стеки полезными для линейной организации данных и управления ими. Когда новый элемент добавляется в стек, он становится верхним элементом, а когда элемент удаляется из стека, первым всегда удаляется верхний элемент.
Операции в стеке
Стеки имеют две основные операции: push и pop. Операция push добавляет элемент на вершину стека, а операция pop удаляет верхний элемент из стека. В дополнение к этим двум операциям есть еще две дополнительные операции: peek и is_empty. Операция peek возвращает верхний элемент стека, не удаляя его, в то время как операция is_empty возвращает значение true, если стек пуст, и false в противном случае.
Варианты использования стеков
Стеки широко используются в компьютерном программировании по нескольким причинам, в том числе:
- Вычисление выражений: стеки используются для вычисления арифметических выражений, таких как постфиксные и инфиксные выражения.
- Операции отмены/возврата: стеки используются для отслеживания предыдущих действий, чтобы пользователи могли отменять и повторять операции по мере необходимости.
- Управление вызовами функций. Стеки используются при реализации вызовов функций во многих языках программирования. Когда функция вызывается, ее параметры сохраняются в стеке, а когда функция возвращается, ее параметры извлекаются из стека.
Пример реализации стеков в Python
Вот реализация стека в Python с использованием списка:
class Stack:
def __init__(self):
self.stack = []
def push(self, item):
self.stack.append(item)
def pop(self):
if not self.is_empty():
return self.stack.pop()
return None
def peek(self):
if not self.is_empty():
return self.stack[-1]
return None
def is_empty(self):
return len(self.stack) == 0
В этой реализации стек представлен в виде списка, в котором метод добавления списка используется для реализации операции проталкивания, а метод выталкивания списка используется для реализации операции извлечения. Операция просмотра реализуется путем возврата последнего элемента в списке, а операция is_empty реализуется путем проверки длины списка.
Заключение
В заключение, стеки — это фундаментальная структура данных, работающая по принципу «последний пришел — первый ушел». Они используются для различных задач компьютерного программирования, включая оценку выражений, управление вызовами функций и реализацию операций отмены/возврата. Поняв, как работают стеки и операции, которые они поддерживают, вы сможете эффективно использовать их в своих программах.
