### 算法设计与实现 以下是一个基于 Python 的栈算法实现，用于存储输入的整数序列。当输入的整数不等于 -1 时，将其压入栈中；当输入为 -1 时，输出栈顶元素并将其弹出。此外，该算法还处理了栈满和栈空的异常情况。 ```python class Stack: def __init__(self, max_size): self.stack = [] # 使用列表模拟栈 self.max_size = max_size # 栈的最大容量 def push(self, value): if len(self.stack) >= self.max_size: # 检查栈是否已满 return "Error: Stack is full" # 栈满时返回错误信息 self.stack.append(value) # 将值压入栈 return "Pushed successfully" # 返回成功信息 def pop(self): if not self.stack: # 检查栈是否为空 return "Error: Stack is empty" # 栈空时返回错误信息 value = self.stack.pop() # 弹出栈顶元素 return value # 返回弹出的值 def peek(self): if not self.stack: # 检查栈是否为空 return "Error: Stack is empty" # 栈空时返回错误信息 return self.stack[-1] # 返回栈顶元素但不弹出 def is_empty(self): return len(self.stack) == 0 # 判断栈是否为空 def is_full(self): return len(self.stack) >= self.max_size # 判断栈是否已满 def process_input(): max_size = int(input("请输入栈的最大容量: ")) # 用户输入栈的最大容量 stack = Stack(max_size) # 初始化栈对象 print("开始输入整数序列 (输入 -1 表示出栈):") while True: try: num = int(input("请输入一个整数: ")) if num != -1: # 如果输入不是 -1，则尝试入栈 result = stack.push(num) if "Error" in result: # 检查是否发生错误 print(result) # 输出错误信息 else: print(f"{num} 已入栈") else: # 如果输入为 -1，则尝试出栈 result = stack.pop() if "Error" in result: # 检查是否发生错误 print(result) # 输出错误信息 else: print(f"栈顶元素 {result} 已出栈") except ValueError: # 捕获非整数输入 print("请输入有效的整数!") except KeyboardInterrupt: # 捕获用户中断 print("\n程序已终止") break # 主程序入口 if __name__ == "__main__": process_input() ``` ### 代码说明 - **类定义**：`Stack` 类封装了栈的基本操作，包括 `push`（入栈）、`pop`（出栈）、`peek`（查看栈顶元素）、`is_empty`（判断栈是否为空）和 `is_full`（判断栈是否已满）。[^3] - **异常处理**：在 `push` 和 `pop` 方法中分别检查栈是否已满或为空，并在必要时返回错误信息。 - **主函数**：`process_input` 函数负责接收用户输入并调用栈的相关方法进行处理。[^1] ### 示例运行 假设栈的最大容量为 3，输入序列为 `1, 2, 3, 4, -1, -1, -1, -1`： ``` 请输入栈的最大容量: 3 开始输入整数序列 (输入 -1 表示出栈): 请输入一个整数: 1 1 已入栈 请输入一个整数: 2 2 已入栈 请输入一个整数: 3 3 已入栈 请输入一个整数: 4 Error: Stack is full 请输入一个整数: -1 栈顶元素 3 已出栈 请输入一个整数: -1 栈顶元素 2 已出栈 请输入一个整数: -1 栈顶元素 1 已出栈 请输入一个整数: -1 Error: Stack is empty ``` ### 注意事项 - 栈的容量由用户在程序开始时指定。 - 输入 `-1` 时会触发出栈操作，如果栈为空则返回错误信息。 - 输入非整数值时会提示用户重新输入有效整数。