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파이썬과 컴퓨터 사이언스(자료구조) - 대표적인 자료구조: 스택 (Stack)

5. 대표적인 자료구조: 스택 (Stack)

  • 데이터를 제한적으로 접근할 수 있는 구조
    • 한쪽 끝에서만 자료를 넣거나 뺄 수 있는 구조
  • 가장 나중에 쌓은 데이터를 가장 먼저 빼낼 수 있는 데이터 구조

1. 스택 구조

  • 스택은 LIFO(Last In, Fisrt Out) 또는 FILO(First In, Last Out) 데이터 관리 방식을 따름

    • LIFO: 마지막에 넣은 데이터를 가장 먼저 추출하는 데이터 관리 정책
    • FILO: 처음에 넣은 데이터를 가장 마지막에 추출하는 데이터 관리 정책

  • 대표적인 스택의 활용

    • 컴퓨터 내부의 프로세스 구조의 함수 동작 방식

  • 주요 기능

    • push(): 데이터를 스택에 넣기
    • pop(): 데이터를 스택에서 꺼내기

  • Visualgo 사이트에서 시연해보며 이해하기 (push/pop 만 클릭해보며): https://visualgo.net/en/list

엑셀로 이해해보기

2. 스택 구조와 프로세스 스택

  • 스택 구조는 프로세스 실행 구조의 가장 기본
    • 함수 호출시 프로세스 실행 구조를 스택과 비교해서 이해 필요

엑셀로 이해해보기

In [14]:
# 재귀 함수의 예 (재귀 함수: 함수 안에서 자신의 함수를 호출하는 함수)
def recursive(data):
    if data < 0:
        print ('ended')
    else:
        print (data)
        recursive(data - 1)
        print ('returned', data)
recursive(4)

4
3
2
1
0
ended
returned 0
returned 1
returned 2
returned 3
returned 4

3. 자료 구조 스택의 장단점

  • 장점
    • 구조가 단순해서, 구현이 쉽다.
    • 데이터 저장/읽기 속도가 빠르다.
  • 단점 (일반적인 스택 구현시)
    • 데이터 최대 갯수를 미리 정해야 한다.
      • 파이썬의 경우 재귀 함수는 1000번까지만 호출이 가능함
    • 저장 공간의 낭비가 발생할 수 있음
      • 미리 최대 갯수만큼 저장 공간을 확보해야 함

스택은 단순하고 빠른 성능을 위해 사용되므로, 보통 배열 구조를 활용해서 구현하는 것이 일반적임. 이 경우, 위에서 열거한 단점이 있을 수 있음

4. 파이썬 리스트 기능에서 제공하는 메서드로 스택 사용해보기

  • append(push), pop 메서드 제공
In [22]:
data_list = list()
In [23]:
# 데이터 입력하기, 본래 스택에서는 push 메서드임, 동일한 역할로 리스트는 append() 메서드를 활용 가능
data_list.append(1)
data_list.append(2)
In [24]:
data_list
Out[24]:
[1, 2]
In [25]:
# 데이터 빼내기 - pop() 메서드로 리스트 맨 뒤에 있는 데이터를 빼올 수 있음 
data = data_list.pop()
data
Out[25]:
2
In [26]:
# 데이터 빼내기
data = data_list.pop()
data
Out[26]:
1
In [27]:
data_list
Out[27]:
[]

5. 프로그래밍 연습

연습1: 리스트 변수로 스택을 다루는 pop, push 기능 구현해보기 (pop, push 함수 사용하지 않고 직접 구현해보기)
In [28]:
stack_list = list()

def push(data):
    stack_list.append(data)

def pop():
    data = stack_list[-1]
    del stack_list[-1]
    return data
In [29]:
push(1)
push(2)
push(3)
push(4)
push(5)

print (pop())

5
In [30]:
stack_list = list()

def push(data):
    stack_list.append(data)

def pop():
    data = stack_list[-1]
    del stack_list[-1]
    return data

for num in range(10):
    push(num)

print(pop())

9
In [31]:
print(pop())

8

쉬어가기: stacks are everywhere