基于PyQt5的图形化界面开发——堆栈动画演示

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 sys


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


class Queue:
    def __init__(self):
        self.head = None
        self.tail = None

    def enqueue(self, data):
        new_node = Node(data)
        if self.tail is None:
            self.head = new_node
            self.tail = new_node
        else:
            self.tail.next = new_node
            self.tail = new_node

    def dequeue(self):
        if self.head is not None:
            data = self.head.data
            self.head = self.head.next
            if self.head is None:
                self.tail = None
            return data
        else:
            return None

    def front(self):
        if self.head is not None:
            return self.head.data
        else:
            return None

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

    def display(self, scene):
        pen = QPen(QColor(0, 255, 0))
        font = QFont("Arial", 10)
        y = 100
        current_node = self.head
        while current_node is not None:
            # Draw node rectangle
            scene.addRect(50, y, 50, 50, pen)
            # Draw node text
            text = scene.addText(str(current_node.data), font)
            text.setDefaultTextColor(QColor(255, 255, 255))
            text.setPos(70, y + 10)
            current_node = current_node.next
            y += 70


class 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 elements
        enqueue_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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