数据结构与算法python—5.队列及python实现与leetcode总结

文章目录

一、队列
二、队列python实现
三、循环队列
四、循环队列python实现
五、双端队列
六、双端队列python实现
七、队列的应用

一、队列

队列（queue）是只允许在一端进行插入操作，而在另一端进行删除操作的线性表。通俗来讲，队列也是一种线性结构，相比数组,队列对应的操作是数组的子集，只能从一端（队尾)添加元素，只能从另一端(队首）取出元素。队列是一种先进先出(First in first out (FIFO))的数据结构。

二、队列python实现

队列也可以用顺序表或者链表实现。队列主要实现如下功能：

Queue()创建一个空的队列
enqueue(item）往队列中添加一个item元素
dequeue(）从队列头部删除一个元素
is_empty()判断一个队列是否为空
size()返回队列的大小

下面用顺序表结构来实现一个队列

#队列
class Queue(object):'''创建一个空的队列'''def __init__(self):self.__list = []def enqueue(self,item):'''往队列中添加一个item元素'''self.__list.append(item)def  dequeue(self):'''从队列头部删除一个元素'''return self.__list.pop(0)def is_empty(self):'''判断一个队列是否为空'''return self.__list == []def size(self):'''返回队列的大小'''return len(self.__list)
if __name__ == '__main__':s = Queue()s.enqueue(1)s.enqueue(2)s.enqueue(3)print(s.dequeue())print(s.dequeue())print(s.dequeue())

1
2
3

三、循环队列

在上述实现的队列结构中，删除队首元素的时间复杂度为O(n)。有没有时间复杂度为O(1)的方式呢？那就是循环队列。循环队列有两个指针，指针front指向队首元素，指针tail指向队尾元素的下一位。front == tail队列为空，front == (tail + 1)%c队列列满,其实浪费了一个空间。队首删除元素时，指针front指向下一个元素。

四、循环队列python实现

class LoopQueue(object):def __init__(self, n=2):self.arr = [None] * (n+1)  # 由于特意浪费了一个空间，所以arr的实际大小应该是用户传入的容量+1self.front = 0self.tail = 0self.size = 0
def __str__(self):return str(self.arr)
def __len__(self):return len(self.arr)
def __iter__(self):return iter(self.arr)
def get_size(self):# 获取队列元素个数return self.size
def get_capaticty(self):# 获取队列容积（实际可存储元素个数）return self.__len__() - 1
def is_full(self):# 判断队列是否为满return (self.tail+1) % len(self.arr) == self.front
def is_empty(self):# 判断队列是否为空return self.size == 0
def get_front(self):# 获取队首return self.arr[self.front]
def enqueue(self, e):# 入队if self.is_full():self.resize(self.get_capaticty() * 2)  # 如果队列满，以当前队列容积的2倍进行扩容self.arr[self.tail] = eself.tail = (self.tail+1) % len(self.arr)self.size += 1
def dequeue(self):# 出队if self.is_empty():raise Exception("Cannot dequeue from en empty queue")
result = self.arr[self.front]self.arr[self.front] = Noneself.front = (self.front+1) % len(self.arr)self.size -= 1
# 如果元素个数少于容积的1/4并且元素个数if self.size < self.get_capaticty() // 4 and self.get_capaticty() > 1:self.resize(self.get_capaticty() // 2)return result
def resize(self, new_capacity):new_arr = [None] * (new_capacity+1)for i in range(self.size):new_arr[i] = self.arr[(i+self.front) % len(self.arr)]
self.arr = new_arrself.front = 0self.tail = self.sizeif __name__ == '__main__':loop_queue = LoopQueue()loop_queue.enqueue("hello")loop_queue.enqueue("my")print(loop_queue.arr)loop_queue.enqueue("friend")print(loop_queue.get_size())print(loop_queue.arr)print(loop_queue.dequeue())print(loop_queue.arr)print(loop_queue.dequeue())print(loop_queue.arr)loop_queue.enqueue("hello")print(loop_queue.arr)loop_queue.enqueue("my")print(loop_queue.arr)loop_queue.enqueue("love")print(loop_queue.arr)print(loop_queue.dequeue())print(loop_queue.dequeue())print(loop_queue.dequeue())print(loop_queue.arr)print(loop_queue.dequeue())print(loop_queue.arr)

['hello', 'my', None]
3
['hello', 'my', 'friend', None, None]
hello
[None, 'my', 'friend', None, None]
my
[None, None, 'friend', None, None]
[None, None, 'friend', 'hello', None]
[None, None, 'friend', 'hello', 'my']
['love', None, 'friend', 'hello', 'my']
friend
hello
my
['love', None, None, None, None]
love
[None, None, None]

五、双端队列

双端队列（deque，全名double-ended queue），是一种具有队列和栈的性质的数据结构。双端队列中的元素可以从两端弹出，其限定插入和删除操作在表的两端进行。双端队列可以在队列任意一端入队和出队。

六、双端队列python实现

双端队列主要实现如下功能：

Deque(）创建一个空的双端队列
add_front(item）从队头加入一个item元素
add_rear( item)从队尾加入一个item元素
remove_front()从队头删除一个item元素
remove_rear()从队尾删除一个item元素
is_empty()判断双端队列是否为空
size()返回队列的大小

#双端队列
class Deque(object):'''创建一个空的双端队列'''def __init__(self):self.__list = []def add_front(self,item):'''从队头加入一个item元素'''self.__list.insert(0,item)def add_rear(self,item):'''从队尾加入一个item元素'''self.__list.append(item)def remove_front(self):'''从队头删除一个item元素'''return self.__list.pop(0)def remove_rear(self):'''从队尾删除一个item元素'''return self.__list.pop()def is_empty(self):'''判断双端队列是否为空'''return self.__list == []def size(self):'''返回队列的大小'''return len(self.__list)if __name__ == "__main__":deque = Deque()deque.add_front(1)deque.add_front(2)print(deque.__list)deque.add_rear(3)deque.add_rear(4)print(deque.__list)print(deque.size())print(deque.remove_front())print(deque.remove_front())print(deque.remove_rear())print(deque.remove_rear())

[2, 1]
[2, 1, 3, 4]
4
2
1
4
3

七、队列的应用

双端队列应用之回文词检测—125. 验证回文串
232. 用栈实现队列
239. 滑动窗口最大值

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