3分钟带你搞懂栈和队列(Python实现)——不懂你锤我 - Go语言中文社区

3分钟带你搞懂栈和队列(Python实现)——不懂你锤我


前言

前面的链表部分已经啰里啰嗦的整完了,看到了很多大佬的留言说我整链表是多此一举,并且链表的实用性不大,还有的人说,难道Python自带的列表他不香嘛,非要去整什么链表,。我想说的是,我现在学的是数据结构,数据结构难道不应该学链表嘛?不应该用Python语言语法来实现试试嘛?不过我今天就要用真香的列表来实现栈和队列这两种数据结构!

什么是栈?此栈非彼栈,既不是客栈也不是肖战。栈是一种有严格限制的数据结构,这里的限制指的就是只允许在一端进行插入删除操作,且遵循后进先出的原则,即LIFO(Last In First Out),租后进来最先出去可太惨了(哈哈)。
在这里插入图片描述

栈(stack),有些地方称为堆栈,是一种容器,可存入数据元素、访问元素、删除元素,它的特点在于只能允许在容器的一端(称为栈顶端指标,英语:top)进行加入数据(英语:push)和输出数据(英语:pop)的运算。没有了位置概念,保证任何时候可以访问、删除的元素都是此前最后存入的那个元素,确定了一种默认的访问顺序。

栈结构实现

既然是严格限制的数据结构,那么对于我们来说其操作也没有链表里面那么麻烦,并且Python中封装好了列表这一数据结构,可以使用列表来实现栈的功能,当然如果你很闲的话也可以选择使用链表。

栈的操作

  • Stack() 创建一个新的空栈
  • push(item) 添加一个新的元素item到栈顶
  • pop() 弹出栈顶元素
  • peek() 返回栈顶元素
  • is_empty() 判断栈是否为空
  • size() 返回栈的元素个数

Stack() 创建一个新的空栈

哇!是真的简单!因为是用列表实现的,一个空栈理论上就是一个空的列表。

class Stack(object):
    """栈"""
    def __init__(self):
        self.__list = []

push(item) 添加一个新的元素item到栈顶

    def push(self, item):
        """添加一个新的元素item到栈顶"""
        self.__list.append(item)

pop() 弹出栈顶元素

    def pop(self):
        """弹出栈顶元素"""
        return self.__list.pop()

peek() 返回栈顶元素

    def peek(self):
        """返回栈顶元素"""
        if self.__list:
            return self.__list[-1]
        else:
            return None

is_empty() 判断栈是否为空

    def is_empty(self):
        """判断栈是否为空"""
        return self.__list == []
        # return not self.__list

size() 返回栈的元素个数

    def size(self):
        """返回栈的元素个数"""
        return len(self.__list)

其实当我看到老师整出上面的这些代码的时候,我是想骂他的,这不就是列表嘛,你把列表里面的方法全都用了一遍然后再封装变成栈的函数。
大致一看你会发现这就是一个去掉了10级美颜的列表啊!为啥就变成了栈呢?仔细一想,你会感叹Python语言的优美简洁之处,我列表本来就有那个颜值啊,你开不开10级美颜都是一样的,换作是其他语言,可能就不会达到这个效果。
但是既然我们学的数据结构,还是要来实现一下栈的操作的,就是用Python装了一个B嘛。

测试代码

if __name__ == "__main__":
    s = Stack()
    s.push(1)
    s.push(2)
    s.push(3)
    s.push(4)
    print(s.pop())
    print(s.pop())
    print(s.pop())
    print(s.pop())

运行结果:
在这里插入图片描述
下面是栈的一系列操作的执行过程:
在这里插入图片描述

队列

什么是队列?见名知义,就是一个像是排队一样的数据结构嘛!队列也有严格的限制,只允许在一端进行删除操作,另一端进行添加操作(双端队列除外,后面会讲到)。
在这里插入图片描述

队列是一种先进先出的(First In First Out)的线性表,简称FIFO。允许插入的一端为队尾,允许删除的一端为队头。队列不允许在中间部位进行操作!假设队列是q=(a1,a2,……,an),那么a1就是队头元素,而an是队尾元素。这样我们就可以删除时,总是从a1开始,而插入时,总是在队列最后。这也比较符合我们通常生活中的习惯,排在第一个的优先出列,最后来的当然排在队伍最后。

队列的实现

队列同栈一样可以使用列表或者链表实现,不过用列表实现更加方便。

队列的操作

  • 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

Queue() 创建一个空的队列。

class Queue(object):
    """队列"""
    def __init__(self):
        self.__list = []

enqueue(item) 往队列中添加一个item元素

    def enqueue(self, item):
        """往队列中添加一个item元素"""
        self.__list.append(item)

dequeue() 从队列头部删除一个元素

    def dequeue(self):
        """从队列头部删除一个元素"""
        return self.__list.pop(0)

is_empty() 判断一个队列是否为空

    def is_empty(self):
        """判断一个队列是否为空"""
        return self.__list == []

size() 返回队列的大小

    def size(self):
        """返回队列的大小"""
        return len(self.__list)

你会发现这跟栈的操作完全就是一样的嘛,代码啥的都是一样的,确实,栈和队列本就有许多相通的地方。

双端队列

双端队列跟普通的队列有一点不同,双端队列是运行在队列的两端都可以进行删除和添加操作的,这一点就很像只在头尾进行操作的链表,但是我这次还是使用列表来实现双端队列。挥着说双端队列是同时兼有栈和队列特点的数据结构。
在这里插入图片描述

双端队列的操作

  • 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

Deque() 创建一个空的双端队列

class Deque(object):
    """双端队列"""

    def __init__(self):
        self.__list = []

add_front(item) 从队头加入一个item元素

    def add_front(self, item):
        """往队列中添加一个item元素"""
        self.__list.insert(0, item)

add_rear(item) 从队尾加入一个item元素

    def add_rear(self, item):
        """往队列中添加一个item元素"""
        self.__list.append(item)

remove_front() 从队头删除一个item元素

    def pop_front(self):
        """从队列头部删除一个元素"""
        return self.__list.pop(0)

remove_rear() 从队尾删除一个item元素

    def pop_rear(self):
        """从队列头部删除一个元素"""
        return self.__list.pop()

is_empty() 判断双端队列是否为空

    def is_empty(self):
        """判断一个队列是否为空"""
        return self.__list == []

size() 返回队列的大小

    def size(self):
        """返回队列的大小"""
        return len(self.__list)

后记

部分代码和图片来源于我学习的资料
害,感觉是在炒剩饭,栈、队列、双端队列的操作基本上都是一样的,只是有一些这里那里不能插入删除和位置的问题。所以说3分钟搞懂栈和队列不是骗小孩的,是真的简单,特别是用Python实现。
新手上路,技术有限,不喜勿喷!

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