Что такое стек и как он работает?

Стек – это структура данных, представляющая собой упорядоченную коллекцию элементов, в которой доступ к каждому элементу осуществляется только с одного конца, который называется вершиной стека. В стеке элементы располагаются в порядке "последний вошел, первый вышел" (LIFO - last in, first out), что означает, что последний добавленный элемент становится первым, доступным для удаления.

Основные операции, которые легко реализуются при использовании стека, – это добавление элемента (push) и удаление элемента (pop) с вершины стека. При добавлении нового элемента он становится вершиной стека, а при удалении – вершина смещается на предыдущий элемент. За счет этого стек можно эффективно использовать для решения ряда задач, включая обработку функций, хранение временных данных, обратную польскую нотацию и многие другие.

Важно отметить, что стек может быть реализован как с использованием массива, так и с использованием связного списка. При использовании массива необходимо определить его размер заранее, что может быть ограничением в случае, когда количество элементов может меняться. Однако при использовании связного списка можно легко добавлять и удалять элементы без ограничений на размер стека. Это делает связный список более гибким вариантом для реализации стека.

Рассмотрим пример простейшей реализации стека на языке программирования Python с использованием связного списка:

class Node:
    def __init__(self, value):
        self.value = value
        self.next = None

class Stack:
    def __init__(self):
        self.top = None

    def is_empty(self):
        return self.top is None

    def push(self, value):
        new_node = Node(value)
        new_node.next = self.top
        self.top = new_node

    def pop(self):
        if self.is_empty():
            return None
        popped_node = self.top
        self.top = self.top.next
        return popped_node.value

    def peek(self):
        if self.is_empty():
            return None
        return self.top.value

# Пример использования стека
stack = Stack()
stack.push(1)
stack.push(2)
stack.push(3)

print(stack.pop())  # Выводит 3
print(stack.peek())  # Выводит 2

В данном примере мы создали класс Node, который представляет собой элемент стека, и класс Stack, который реализует основные операции стека: push, pop и peek. Метод push добавляет новый элемент на вершину стека, метод pop удаляет и возвращает элемент с вершины стека, а метод peek возвращает значение элемента на вершине стека без его удаления.

Таким образом, стек – важная структура данных, которая находит применение во многих аспектах программирования. Знание и понимание работы стека помогает разработчикам эффективно решать задачи и избегать лишних ошибок в программе.