Стек — это структура данных, работающая по принципу LIFO (Last In, First Out), где последний добавленный элемент извлекается первым. В Python стек можно реализовать разными способами, и в этой статье мы рассмотрим основные методы, примеры кода и практическое применение.
Реализация стека в Python
1. Использование списка (list)
Стандартный список в Python идеально подходит для реализации стека. Для этого используются два метода:
- push() → append(): добавление элемента в конец списка.
- pop(): удаление и возврат последнего элемента.
Пример:
2. Класс-обертка для стека
Для удобства можно создать класс, инкапсулирующий логику стека:
Основные операции
- Push: Добавление элемента на вершину стека.
- Pop: Удаление и возврат верхнего элемента.
- Peek: Просмотр верхнего элемента без удаления.
- isEmpty: Проверка на пустоту.
- Size: Получение текущего размера стека.
Альтернативные реализации
1. Использование deque из модуля collections
Для больших объемов данных эффективнее использовать `deque`, оптимизированный для быстрых операций с обоих концов:
2. LifoQueue из модуля queue
Подходит для многопоточных приложений, но менее эффективен в однопоточных из-за блокировок:
Практическое применение
1. Отмена операций (Undo): Стек хранит историю действий.
2. Синтаксический анализ: Проверка баланса скобок, парсинг выражений.
3. Обход в глубину (DFS): В алгоритмах на графах и деревьях.
4. Стек вызовов: Хранение контекста выполнения функций в Python.
Рекомендации
- Списки подходят для небольших стеков.
- Deque эффективен для больших данных.
- LifoQueue используйте только в многопоточных сценариях.
Заключение
Стек — это фундаментальная структура данных, которую легко реализовать в Python. Выбор реализации зависит от задачи: списки и deque подходят для большинства случаев, а LifoQueue — для многопоточности. Понимание работы стека поможет в решении множества задач, от алгоритмов до системных функций.