第3講 資料結構與演算法 棧 佇列

2021-10-23 13:41:45 字數 3915 閱讀 1344

棧的特點是,先進後出,後進先出。只允許在一端插入和刪除資料。(想象往乙個桶裡放東西的過程)

如瀏覽器頁面的前進後退、函式呼叫都是用棧來實現的。

注:我們常說的資料結構裡「堆疊」其實就是「棧」,和「堆」是完全不同的概念。

'''用 python 的列表來實現乙個棧'''

class

stack

(object):

# 空列表作為初始化的棧

def__init__

(self)

: self.items =

# 判斷棧是否為空,返回布林值

defis_empty

(self)

:return self.items ==

# 返回棧頂元素

defpeek

(self)

:return self.items[

len(self.items)-1

]# 返回棧的大小

defsize

(self)

:return

len(self.items)

# 入棧

defpush

(self,item)

:# 出棧

defpop

(self)

:return self.items.pop(

)# pop()預設輸出最後乙個元素

佇列的特點是「先進先出」。類似排隊一樣,佇列有兩個操作:入隊enqueue(),放乙個資料到佇列尾部;出隊dequeue(),從佇列頭部取乙個元素。

普通佇列

"""用python列表實現乙個普通佇列"""

class

queue

(object):

# 用列表初始化空佇列

def__init__

(self,size)

: self.size = size

self.queue =

# 判斷空佇列

defis_empty

(self):if

len(self.queue)==0

:return

true

return

false

# 判斷滿佇列

defis_full

(self):if

len(self.queue)

== self.size:

return

true

return

false

# 入隊 enqueue

defenqueue

(self,item)

:if self.is_full():

return-1

# 出隊dequeue

defdequeue

(self,item)

:if self.is_empty():

return-1

first_element = self.queue[0]

self.queue.remove(first_element)

return first_element

雙端佇列

雙端佇列的隊頭和隊尾均可以實現入隊和出隊操作。

'''用python列表實現乙個雙端佇列'''

class

deque

(object):

# 用列表初始化佇列

def__init__

(self)

: self.deque =

# 判斷佇列是否為空

defis_empty

(self)

:return self.deque ==

# 返回佇列大小

defsize

(self)

:return

len(self.deque)

# 從隊頭插入資料

defpush_head

(self,item)

: self.deque.insert(

0,item)

# 從隊尾插入資料

defpush_tail

(self,item)

:# 從隊頭刪除資料

defpop_head

(self)

:return self.deque.pop(0)

# 從隊尾刪除資料

defpop_tail

(self)

:return self.deque.pop(

)

雙端佇列又分為,輸出受限佇列和輸入受限佇列。輸入受限佇列指的是,在佇列的一端可以實現插入和刪除操作,在另一端只能實現刪除操作;輸出受限佇列指的是,在佇列的一端可以實現插入和刪除操作,在另乙個段只能實現插入操作。如果限定佇列中從某個端點插入的的資料只能從該端點刪除,那這個佇列相當於兩個棧底相鄰的棧了。

優先佇列

優先佇列並不是像普通佇列一樣,按順序出隊或入隊。如下圖所示,如果是普通佇列,那麼資料5要比資料6出隊早。但是在優先佇列中,資料6比資料5大,則優先出隊。

迴圈佇列

簡單來講就是佇列的頭和尾連起來,就構成迴圈佇列。

把迴圈佇列畫成乙個圈更好理解。畫圖推導發現,當隊滿時,(tail+1)%n=head。其中,tail是尾指標,指向隊尾;head是頭指標,指向隊頭(圖中的front);n是佇列長度(以下**中用maxsize表示)。

"""用python實現迴圈佇列"""

class

circularqueue

(object):

def__init__

(self,maxsize)

: self.queue =

[none

]* maxsize # 給定長度

self.maxsize = maxsize

self.head =

0 self.tail =

0# 入隊dequeue,佇列未滿時在隊尾插入元素,時間複雜度時o(1)

defenqueue

(self,item):if

(self.tail +1)

% self.maxsize == self.head:

return-1

else

: self.queue[self.tail]

= item

self.tail =

(self.tail +1)

% self.maxsize

# 出隊dequeue,佇列不為空時刪除隊頭元素,時間複雜度o(1)

defdequeue

(self)

:if self.tail == self.head:

return-1

else

: item = self.queue[self.head]

self.queue[self.head]

=none

self.head =

(self.head +1)

% self.maxsize

return item

阻塞佇列和併發佇列

阻塞佇列就是在佇列基礎上增加了阻塞操作。隊列為空時,從對頭取資料會被阻塞,直到佇列中有資料才能返回;如果佇列滿了,插入的資料會被阻塞,直到佇列中有空閒位置後再插入資料,然後再返回。

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