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0. 前言

本文使用 PyQt5制作图形化界面演示数据结构中的堆栈操作

操作系统：Windows10 专业版

开发环境：Pycahrm Comunity 2022.3

Python解释器版本：Python3.8

第三方库：PyQt5

1. 了解堆栈

在计算机科学中，堆栈（Stack），也常被称为栈，是一种抽象的数据结构，它是一种只能从一个端添加元素和删除元素的线性数据结构。这一端被称为“栈顶”，相对地，把另一端称为“栈底”。根据这个定义，可以推断出后进先出（LIFO，Last In First Out）这个特性。

堆栈有以下几个基本操作：

• push: 将一个元素添加到栈顶
• pop: 从栈顶移除一个元素，并返回这个元素的值
• peek/top: 返回栈顶的元素值，但不将其移除
• is_empty: 返回栈是否为空

堆栈通常使用数组或链表实现。如果使用数组实现，需要考虑动态扩容的情况。如果使用链表实现，需要注意在链表头进行操作，否则操作的时间复杂度将变为O(n)。

堆栈通常用作典型的临时存储（例如在递归函数中存储函数的返回地址），或者是需要逆序输出元素的应用程序那么在这样的应用中，堆栈的弹出顺序就可以实现逆序的要求。

例如：
假设你要洗堆满了碗，你会把碗一层一层地往上堆放。当你洗完一个碗放入放碗柜时，你把刚才放在最上层的碗取下来，这就是一个栈的操作过程。

当你需要使用碗时，你从栈顶拿下一个碗。如果你拿下的碗与你想要使用的碗不一样，你就把拿下的碗再放回去，这样使用的就是最后一个放上去的碗。这个过程叫做“后进先出”，或者LIFO（Last In, First Out）

2.代码实现

from PyQt5.QtWidgets import *
from PyQt5.QtGui import *
from PyQt5.QtCore import *
import sysclass Node:def __init__(self, data):self.data = dataself.next = Noneclass Queue:def __init__(self):self.head = Noneself.tail = Nonedef enqueue(self, data):new_node = Node(data)if self.tail is None:self.head = new_nodeself.tail = new_nodeelse:self.tail.next = new_nodeself.tail = new_nodedef dequeue(self):if self.head is not None:data = self.head.dataself.head = self.head.nextif self.head is None:self.tail = Nonereturn dataelse:return Nonedef front(self):if self.head is not None:return self.head.dataelse:return Nonedef is_empty(self):return self.head is Nonedef display(self, scene):pen = QPen(QColor(0, 255, 0))font = QFont("Arial", 10)y = 100current_node = self.headwhile current_node is not None:# Draw node rectanglescene.addRect(50, y, 50, 50, pen)# Draw node texttext = scene.addText(str(current_node.data), font)text.setDefaultTextColor(QColor(255, 255, 255))text.setPos(70, y + 10)current_node = current_node.nexty += 70class MainWindow(QMainWindow):def __init__(self):super().__init__()self.setWindowTitle("Queue Demo")self.setFixedSize(500, 500)self.scene = QGraphicsScene(self)self.view = QGraphicsView(self.scene, self)self.view.setGeometry(0, 0, 500, 500)self.queue = Queue()self.queue.enqueue(10)self.queue.enqueue(20)self.queue.enqueue(30)self.queue.display(self.scene)# Add UI elementsenqueue_button = QPushButton("Enqueue", self)enqueue_button.move(10, 10)enqueue_button.clicked.connect(self.handle_enqueue)dequeue_button = QPushButton("Dequeue", self)dequeue_button.move(10, 40)dequeue_button.clicked.connect(self.handle_dequeue)front_button = QPushButton("Front", self)front_button.move(10, 70)front_button.clicked.connect(self.handle_front)clear_button = QPushButton("Clear", self)clear_button.move(10, 100)clear_button.clicked.connect(self.handle_clear)self.data_edit = QLineEdit(self)self.data_edit.move(100, 10)def handle_enqueue(self):data = self.data_edit.text()if data != "":self.queue.enqueue(data)self.scene.clear()self.queue.display(self.scene)def handle_dequeue(self):data = self.queue.dequeue()if data is not None:QMessageBox.information(self, "Dequeue", "Dequeued value: " + str(data))self.scene.clear()self.queue.display(self.scene)else:QMessageBox.warning(self, "Dequeue", "Queue is empty")def handle_front(self):data = self.queue.front()if data is not None:QMessageBox.information(self, "Front", "Front value: " + str(data))else:QMessageBox.warning(self, "Front", "Queue is empty")def handle_clear(self):self.queue = Queue()self.scene.clear()if __name__ == "__main__":app = QApplication(sys.argv)window = MainWindow()window.show()sys.exit(app.exec_())

3. 演示效果

提供了四个操作：

• 入栈
• 出栈
• 栈顶元素查询
• 堆栈初始化（清空）

运行代码可以看到堆栈中是有三个元素(绿色框框)在其中，这是我们在代码中提前预设的三个值

现在输入13，然后将它Push到栈中，可以看到 多了一个元素：

然后取其Peek（顶端）的值，看看是否如愿：

如我们压入栈中的一样，就是13，但是并不会将它从栈中取出

现在我们将其Pop，看看会是怎样的情形：


执行完Pop操作后，将栈顶元素13取出，并且栈中也少了一个元素

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