数据结构与算法-栈、队列
栈
- 特性：先进后出的数据结构
- 栈顶，栈尾
- 入栈：向栈顶添加元素（从栈顶向栈底添加元素）
- 出栈：从栈顶获取元素（从栈顶取出元素）
- 应用：每个 web 浏览器都有一个返回按钮。当你浏览网页时，这些网页被放置在一个栈中（实际是网页的网址）。你现在查看的网页在顶部，你第一个查看的网页在底部。如果按‘返回’按钮，将按相反的顺序浏览刚才的页面。
- Stack() 创建一个空的新栈。 它不需要参数，并返回一个空栈。
- push(item)将一个新项添加到栈的顶部。它需要 item 做参数并不返回任何内容。
- pop() 从栈中删除顶部项。它不需要参数并返回 item 。栈被修改。
- peek() 从栈返回顶部项，但不会删除它。不需要参数。 不修改栈。
- isEmpty() 测试栈是否为空。不需要参数，并返回布尔值。
- size() 返回栈中的 item 数量。不需要参数，并返回一个整数。
class Stack(): def __init__(self): self.items = [] def push(self, item): self.items.append(item) def pop(self): return self.items.pop() def isEmpty(self): return self.items == [] def size(self): return len(self.items) # 返回栈顶元素的下标 def peek(self): return len(self.items) - 1
队列
- 队列：先进先出
- 队头：直接从队头出队列（取出元素）
- 队尾：从队尾添加元素
- 应用场景：
- 我们的计算机实验室有 30 台计算机与一台打印机联网。当学生想要打印时，他们的打印任务与正在等待的所有其他打印任务“一致”。第一个进入的任务是先完成。如果你是最后一个，你必须等待你前面的所有其他任务打印
- Queue() 创建一个空的新队列。 它不需要参数，并返回一个空队列。
- enqueue(item) 将新项添加到队尾。 它需要 item 作为参数，并不返回任何内容。
- dequeue() 从队首移除项。它不需要参数并返回 item。 队列被修改。
- isEmpty() 查看队列是否为空。它不需要参数，并返回布尔值。
- size() 返回队列中的项数。它不需要参数，并返回一个整数。
class Queue(): def __init__(self): self.items = [] def enqueue(self,item): self.items.insert(0,item) def dequeue(self): return self.items.pop() def size(self): return len(self.items) def isEmpty(self): return self.items == []
双端队列
- 同同列相比，有两个头部和尾部。可以在双端进行数据的插入和删除，提供了单数据结构中栈和队列的特性
- Deque() 创建一个空的新 deque。它不需要参数，并返回空的 deque。
- addFront(item) 将一个新项添加到 deque 的首部。它需要 item 参数 并不返回任何内容。
- addRear(item) 将一个新项添加到 deque 的尾部。它需要 item 参数并不返回任何内容。
- removeFront() 从 deque 中删除首项。它不需要参数并返回 item。deque 被修改。
- removeRear() 从 deque 中删除尾项。它不需要参数并返回 item。deque 被修改。
- isEmpty() 测试 deque 是否为空。它不需要参数，并返回布尔值。
- size() 返回 deque 中的项数。它不需要参数，并返回一个整数。
class Dequeue(): def __init__(self): self.items = [] def addFont(self,item): self.items.append(item) def addRear(self,item): self.items.insert(0,item) def removeFont(self): return self.items.pop() def removeRear(self): return self.items.pop(0) def isEmpty(self): return self.items == [] def size(self): return len(self.items)
应用
案例一：烫手的山芋(队列应用)
- 烫手山芋游戏介绍：6个孩子围城一个圈，排列顺序孩子们自己指定。第一个孩子手里有一个烫手的山芋，需要在计时器计时1秒后将山芋传递给下一个孩子，依次类推。规则是，在计时器每计时7秒时，手里有山芋的孩子退出游戏。该游戏直到剩下一个孩子时结束，最后剩下的孩子获胜。请使用队列实现该游戏策略，排在第几个位置最终会获胜。
- 分析：
- 1.每轮游戏的时间为7s
- 2.山芋在一轮游戏中会被传递几次：6次
- 3.一轮游戏结束后，需要淘汰一个孩子，孩子需要从队列中剔除
- 队列只能从队头位置取出元素
- 保证手里有山芋的孩子永远在队头的位置
# 将6个孩子加入到队列中 kids = ['A','B','C','D','E','F'] q = Queue() for kid in kids: q.enqueue(kid) while q.size() > 1: # 结束游戏的条件 # 开始一轮游戏 for i in range(6):# 山芋传递的次数 kid = q.dequeue() # 将队头的孩子取出 q.enqueue(kid) # 将队头的孩子取出，添加到队尾 # 一轮游戏结束需要将队头元素出队列（将手中有山芋的孩子淘汰游戏） q.dequeue() print(q.dequeue()) # 查看最后剩下的孩子 E
案例二：两个队列实现栈（用俩个先进先出实现先进后出）
q1 = Queue() q2 = Queue() items = [1,2,3,4,5,6] for item in items: q1.enqueue(item) while q1.size() >= 1: # 将q1中的前n-1个元素取出加入到q2中 while q1.size() > 1: item = q1.dequeue() # 将q1留1个，其他元素取出放入q2 q2.enqueue(item) print(q1.dequeue()) # 取出q1剩余的最后一个元素 q1,q2 = q2,q1 # 将q1，q2互换 6 5 4 3 2 1
案例三：两个栈实现队列（用俩个先进后出实现先进先出）
s1 = Stack() s2 = Stack() items = [1,2,3,4,5,6] for item in items: s1.push(item) while s1.size() >= 1: while s1.size() > 1: item = s1.pop() s2.push(item) # s2:6,5,4,3,2 s1:1 print(s1.pop()) # s2:6,5,4,3,2 s1:空 while s2.size() >= 1: item = s2.pop() # s2:空 s1:2,3,4,5,6 s1.push(item) 1 2 3 4 5 6
案例四：回文检查（双端队列）
双端队列应用案例：回文检查
- 回文是一个字符串，读取首尾相同的字符，例如，radar toot madam。
def isHuiWen(aString): de = Dequeue() for ch in aString: de.addFont(ch) ex = True while de.size()>1: # 取出最前和最后元素对比 if de.removeFont() != de.removeRear(): ex = False return ex print(isHuiWen('abaa'))
