利用while循环实现栈与队列数据结构

# 1. 利用while循环实现栈与队列数据结构

## 1. 理解栈与队列数据结构

- 1.1 什么是栈
- 1.2 栈的特点
- 1.3 什么是队列
- 1.4 队列的特点

在数据结构中，栈（Stack）和队列（Queue）是两种常见的线性数据结构，它们都是用来存储一系列元素并支持特定操作的数据结构。

### 1.1 什么是栈
- 栈是一种遵循后进先出（Last In First Out，LIFO）原则的线性数据结构。即最后压入栈的元素最先弹出。
### 1.2 栈的特点
- 只能在栈顶进行操作，包括压入（push）、弹出（pop）、获取栈顶元素（peek）等操作。
- 具有空栈和满栈的概念，当栈中没有元素时称为空栈，当栈中元素个数超过一定限制时称为满栈。
- 常用于表达式求值、函数调用、浏览器前进后退等场景。

### 1.3 什么是队列
- 队列是一种遵循先进先出（First In First Out，FIFO）原则的线性数据结构。即最早入队的元素最先出队。
### 1.4 队列的特点
- 只能在队头和队尾进行操作，包括入队（enqueue）、出队（dequeue）、获取队头队尾元素等操作。
- 没有空队列和满队列的概念，可以动态扩容。
- 常用于任务调度、消息传递、广度优先搜索等场景。

通过对栈和队列的理解，我们可以进一步探讨如何利用while循环实现它们，以及它们在算法中的应用和性能比较等方面的内容。

# 2. 利用while循环实现栈

- 2.1 栈的基本操作
- 2.2 使用while循环实现栈的入栈操作
- 2.3 使用while循环实现栈的出栈操作
- 2.4 示例代码演示

### 2.1 栈的基本操作

在实现栈的功能时，通常会包括以下几种基本操作：

1. **入栈（Push）**：将元素添加到栈顶。
2. **出栈（Pop）**：从栈顶移除元素。
3. **查看栈顶元素（Peek）**：获取栈顶元素而不移除它。
4. **判断栈是否为空**：检查栈中是否有元素。

### 2.2 使用while循环实现栈的入栈操作

下面是使用while循环实现栈的入栈操作的示例代码（Python语言）：

stack = []
top = -1
MAX_SIZE = 5

while top < MAX_SIZE:
    element = input("Enter an element to push: ")
    top += 1
    stack.append(element)
    print(f"{element} pushed into the stack.")
print("Stack is full. Cannot push more elements.")

上述代码中，通过while循环实现了栈的入栈操作，当栈达到最大容量时会提示栈已满。

### 2.3 使用while循环实现栈的出栈操作

下面是使用while循环实现栈的出栈操作的示例代码（Python语言）：

while top >= 0:
    element = stack.pop()
    top -= 1
    print(f"{element} popped from the stack.")
    top -= 1
print("Stack is empty. No more elements to pop.")

上述代码中，通过while循环实现了栈的出栈操作，当栈为空时会提示无法继续出栈。

### 2.4 示例代码演示

接下来我们通过一个示例演示，如何利用while循环实现栈的入栈和出栈操作，并展示最终栈的情况：

stack = []
top = -1
MAX_SIZE = 3

# 入栈
while top < MAX_SIZE:
    element = input("Enter an element to push: ")
    top += 1
    stack.append(element)
    print(f"{element} pushed into the stack.")

print("Stack after pushing elements:", stack)

# 出栈
while top >= 0:
    element = stack.pop()
    top -= 1
    print(f"{element} popped from the stack.")

print("Stack after popping elements:", stack)

这段示例代码首先让用户输入元素进行入栈操作，然后展示入栈后的栈情况，接着进行出栈操作并展示出栈后的栈情况。

# 3. 利用while循环实现队列

- 3.1 队列的基本操作
- 队列是一种数据结构，遵循先进先出（FIFO）的原则，类似于排队等待的情况。
- 队列的基本操作包括入队（enqueue）和出队（dequeue）两个操作。

- 3.2 使用while循环实现队列的入队操作
- 入队操作即向队列末尾插入元素，保持队列的先进先出顺序。
- 下面是一个使用 while 循环实现队列入队操作的示例代码：

  def enqueue(queue, item):
      queue.append(item)
  queue = []
  enqueue(queue, 1)
  enqueue(queue, 2)
  print("队列：", queue)  # 输出：队列： [1, 2]

- 3.3 使用while循环实现队列的出队操作
- 出队操作即从队列头部删除元