Python 程序实现链表栈

栈是遵循后进先出 (LIFO) 原则的线性数据结构，该原则指出最后添加的项是第一个被删除的项。栈的基本命令是“push”（入栈）、“pop”（出栈）、“peek”（查看栈顶）（或 top）和“isEmpty”（是否为空）。在链表实现中，每个栈元素都表示为链表中的一个节点。链表的头部节点充当栈顶的表示。

以下是使用链表实现栈的算法描述

• 为链表的节点定义一个类。每个节点应包含数据（要添加到栈中的项）和指向链表中下一个节点的指针。
• 定义一个栈类。该类应包含一个指向栈顶节点的指针。
• 实现push（入栈）操作。在此操作期间，应创建一个包含要添加的项的新节点，并将其 next 指针设置为栈的当前顶部。然后，将顶部指针更新为新节点。
• 实现pop（出栈）操作。此操作应返回栈顶节点的数据。首先，确保栈不为空（即，如果顶部指针是None）。如果栈不为空，则将顶部指针设置为栈中的下一个节点，并返回已删除节点的数据。
• 实现peek（查看栈顶）操作。此操作应返回栈顶节点的数据，而无需删除它。为此，只需返回顶部指针所指向的节点的数据即可。
• 实现is_empty（是否为空）操作。如果栈为空（即，如果顶部指针是None），则此操作应返回True，否则返回False。

在 Python 中使用链表完成栈的实现

节点类

这是一个简单的类，用于定义链表中每个节点的结构。它有两个实例变量：next 和 data，分别表示要添加到栈中的项以及指向栈中下一个节点的指针。如果创建的 Node 对象没有任何参数，则 data 的默认值为 None。

栈类

此类表示栈本身。它只有一个实例变量：top，它是一个指向栈顶节点的指针。如果栈为空，则 top 为 None。

push 方法将一个新节点添加到栈顶。它创建一个具有给定数据的新 Node 对象，并将其 next 指针设置为栈的当前顶部。然后，top 指针被更新为包含新节点。

pop 方法从栈中删除并返回栈顶项。它首先检查栈是否为空（即，如果 top 是 None）。如果不为空，它会保存当前顶部节点的数据，将 top 指向栈中的下一个节点，然后返回保存的数据。

peek 方法在不删除的情况下返回栈顶项的数据。它首先确保栈为空。如果不为空，则返回 top 节点的 data 属性。

is_empty 方法如果栈为空（即，如果 top 是 None），则返回 True，否则返回 False。

其他一些附加要点

• 使用链表实现栈的一个优点是栈的大小可以动态，这意味着它可以随着项的添加或删除而增长或缩小。与使用数组实现栈不同，链表实现不需要固定大小。
• 使用链表实现栈的push、pop、peek 和 is_empty 方法的时间复杂度为 O(1)。这是因为这些操作只涉及修改链表的头节点，这需要恒定的时间。

值得注意的是，在 Python 中使用链表实现栈不是线程安全的，这意味着在多线程环境中不能安全使用。如果多个线程同时访问同一个栈对象并对其进行修改，可能会导致意外行为和数据损坏。在多线程环境中，建议使用线程安全的栈实现。

时间复杂度

使用链表实现栈的基本栈操作的时间复杂度为

Push：O(1)

Pop：O(1)

Peek：O(1)

Is Empty：O(1)

所有这些操作都花费恒定的时间，与栈的大小无关。这是因为我们只需要修改链表的顶部节点即可执行任何这些操作。

空间复杂度

Python 中使用链表实现的栈的空间复杂度取决于栈中的元素数量。由于栈中的每个元素都由链表中的一个节点表示，因此所需的空间与栈中的元素数量成正比。我们可以得出结论，Python 中使用链表实现的栈的空间复杂度为 O(n)，其中 n 是栈中元素的数量。

需要注意的是，与数组实现（需要为栈的最大大小分配固定内存）不同，链表实现的栈的空间复杂度不受栈的最大大小影响。