栈的应用案例：平衡括号问题破解，揭秘栈的巧妙应用

# 1. 栈的基本概念和原理**

栈是一种遵循后进先出（LIFO）原则的线性数据结构。它允许在数据结构的一端进行插入和删除操作。栈的底层实现通常使用数组或链表，其中数组提供高效的访问，而链表提供动态的内存管理。

栈的特性包括：

- **后进先出 (LIFO)**：后插入的数据将首先被删除。
- **限制访问**：只能访问栈顶元素。
- **高效插入和删除**：在栈顶进行操作，时间复杂度为 O(1)。

# 2. 栈在平衡括号问题中的应用

### 2.1 栈的特性与平衡括号问题的匹配需求

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，其主要特性是：

- **后进先出：**后压入栈中的元素将最先弹出。
- **先进后出：**先压入栈中的元素将最后弹出。

平衡括号问题要求判断一个字符串中的括号是否成对匹配。例如，字符串 `()[]{}` 中的括号匹配，而字符串 `([)]` 中的括号不匹配。栈的特性与平衡括号问题的匹配需求相契合：

- **压入匹配的左括号：**当遇到左括号时，将其压入栈中。
- **弹出匹配的右括号：**当遇到右括号时，检查栈顶元素是否为与之匹配的左括号。如果是，则弹出栈顶元素；否则，括号不匹配。

### 2.2 算法设计与实现

#### 2.2.1 栈的初始化和操作

在 Python 中，可以使用 `collections.deque` 类来实现栈。`deque` 类提供了以下操作：

# 初始化栈
stack = deque()

# 压入元素
stack.append(element)

# 弹出元素
stack.pop()

# 查看栈顶元素
stack[-1]

#### 2.2.2 括号匹配的判断

平衡括号问题的算法如下：

1. 初始化一个栈。
2. 遍历字符串中的每个字符。
3. 如果字符是左括号，则将其压入栈中。
4. 如果字符是右括号，则检查栈顶元素是否与之匹配。如果是，则弹出栈顶元素；否则，括号不匹配。
5. 遍历结束后，如果栈为空，则括号匹配；否则，括号不匹配。

def is_balanced(string):
  stack = deque()

  for char in string:
    if char in "([{":
      stack.append(char)
    elif char in ")]}":
      if not stack or char != ")]}"[")([{".index(stack.pop())]:
        return False

  return not stack

#### 2.2.3 算法的复杂度分析

该算法的时间复杂度为 O(n)，其中 n 为字符串的长度。算法需要遍历字符串中的每个字符，并在每个字符上进行常数时间操作。

# 3.1 栈作为后进先出（LIFO）队列

#### 3.1.1 栈的插入和删除操作

栈作为后进先出（LIFO）队列，其主要操作包括：

- **入栈（Push）：**将一个元素压入栈顶。
- **出栈（Pop）：**从栈顶弹出并删除一个元素。

**代码块：**

class Stack:
    def __init__(self):
        self.stack = []

    def push(self, item):
        self.stack.append(item)

    def pop(self):
        if