目錄

• 一、隊列的定義
• 二、隊列 實現(xiàn)步驟分析
• 三、隊列的Python實現(xiàn)代碼
• 四、隊列的應用
• • 六人傳土豆游戲
• 五、雙端隊列的定義
• 六、雙端隊列 實現(xiàn)步驟分析
• 七、雙端隊列的Python實現(xiàn)代碼
• 八、雙端隊列的應用
• • 回文檢測器
• 結(jié)語

一、隊列的定義

隊列和棧一樣，也是元素的有序集合，其元素的順序取決于添加順序或移除順序，它也有兩端，稱作頭部和尾部，棧中元素的添加操作和移除操作與棧不一樣，添加操作發(fā)生在隊列的尾部，移除操作發(fā)生在隊列的頭部。

隊列中最先添加的元素將最先被移除，隊列的排序原則被稱作FIFO，即先進先出，最先添加的元素在隊列頭部，它最先最移出隊列。
這種排列方式可以比喻成日常生活中的排隊，很多人排成一隊，所有的人從隊的一端入隊，從另一端出隊，其中不能插隊，后到的人若想進入隊列，只能從隊尾進入隊列。

隊列的相關(guān)應用例子：

在操作系統(tǒng)使用一些隊列來控制計算機進程。
調(diào)度機制往往基于一個隊列算法，其目標是盡可能快地執(zhí)行程序，同時服務盡可能多的用戶。在打字時，我們有時會發(fā)現(xiàn)字符出現(xiàn)的速度比擊鍵速度慢。這是由于計算機正在做其他的工作。擊鍵操作被放入一個類似于隊列的緩沖區(qū)，以便對應的字符按正確的順序顯示。

二、隊列 實現(xiàn)步驟分析

與棧一樣，通過Python中的類與對象，在類中定義幾個方法，使用列表來實現(xiàn)隊列的相關(guān)操作，這里是將列表的末尾作為隊列的頭部，隊列的尾部是列表下標為0處的位置，隊列的操作有：
1、創(chuàng)建一個空隊列，通過構(gòu)造方法創(chuàng)建一個空列表；

class Queue:def __init__(self):self.items = [] # 創(chuàng)建一個空隊列，不需要參數(shù)，且會返回一個空隊列

2、向隊列（尾部）中添加元素，通過列表中的insert()實現(xiàn)添加新元素至隊列中，由于是向隊列尾部添加元素，添加列表中的第一個元素，即下標為0的元素；

def add(self, item):self.items.insert(0, item) # 在隊列的尾部添加元素，它需要一個元素作為參數(shù)

3、刪除隊列頭部元素，通過列表中的pop()實現(xiàn)刪除隊列頭部元素，由于未指定參數(shù)，所以該方法刪除列表中的末尾元素，即刪除的是隊列頭部元素；

def delete(self):return self.items.pop() # 刪除隊列頭部的元素，不需要參數(shù)，它會返回一個元素，并修改隊列的內(nèi)容

4、返回隊列的頭部元素，通過len()取得隊列（列表）的長度，由于列表的下標是從0開始，所以要減1，即可索引返回第一位元素；

def display(self):return self.items[len(self.items) - 1] # 返回隊列的頭部元素

5、檢查隊列是否為空，通過比較運算符“==”比較隊列是否為空，若為空，則返回布爾值False，若不為空，則返回True；

def isEmpty(self):return self.items == [] # 檢查隊列是否為空，不需要參數(shù)，且返回一個布爾值來表示

6、返回隊列中元素數(shù)目，通過len()取所有元素的值，即返回隊列中元素的數(shù)目。

def size(self):return len(self.items) # 返回隊列中元素的數(shù)目，不需要參數(shù)，卻返回一個整數(shù)來表示

三、隊列的Python實現(xiàn)代碼

完整代碼如下：

# 通過列表實現(xiàn)隊列的操作 class Queue:def __init__(self):self.items = [] # 創(chuàng)建一個空隊列，不需要參數(shù)，且會返回一個空隊列def add(self, item):self.items.insert(0, item) # 在隊列的尾部添加元素，它需要一個元素作為參數(shù)def delete(self):return self.items.pop() # 刪除隊列頭部的元素，不需要參數(shù)，它會返回一個元素，并修改隊列的內(nèi)容def display(self):return self.items[len(self.items) - 1] # 返回隊列的頭部元素def isEmpty(self):return self.items == [] # 檢查隊列是否為空，不需要參數(shù)，且返回一個布爾值來表示def size(self):return len(self.items) # 返回隊列中元素的數(shù)目，不需要參數(shù)，卻返回一個整數(shù)來表示# 測試 q = Queue()# q是一個新創(chuàng)建的空隊列，創(chuàng)建一個對象，即對象名稱=類名稱() print(q.isEmpty()) # 查詢隊列是否為空 print(q.size()) # 返回隊列中元素的數(shù)目 q.add(False) # 在隊列的尾部添加一個元素 print(q.display())# 返回隊列的頭部元素 q.add("qwet") q.add(0) print(q.display()) print(q.size()) q.delete() # 刪除隊列頭部的元素 print(q.display()) print(q.size()) print(q.isEmpty())

運行結(jié)果如下：

四、隊列的應用

六人傳土豆游戲

六個人傳土豆游戲可模擬為隊列的循環(huán)，通過隊列來模擬一個環(huán)，即隊列頭部的出隊移至尾部，然后入隊進入隊列的尾部從而一直循環(huán)傳下去。在出隊和入隊N次之后，此時位于隊列頭部的人出局，新一輪的游戲開始，如此反復像一個圓環(huán)一樣依次循環(huán)下去，直到隊列中只剩下一個名字，即最后隊伍的元素數(shù)目為1。

定義一個Pass()函數(shù)，傳遞土豆的常量為7，首先通過一個for循環(huán)遍歷參加傳遞土豆游戲的所有人使其都添加到隊列中，通過add(name_people)方法實現(xiàn)程序?qū)崿F(xiàn)，name_people參數(shù)可傳入一個列表，然后通過while循環(huán)條件為隊列中的元素是否大于1，若大于1則while循環(huán)一直執(zhí)行其內(nèi)部代碼塊下去，在while循環(huán)內(nèi)根據(jù)所輸入的傳遞土豆的常量通過for循環(huán)中的range()函數(shù)確定相應的循環(huán)次數(shù)，然后依次將所刪除的頭部元素再添加到隊列的尾部，若循環(huán)次數(shù)（傳遞土豆的常量）達到后，此時刪除隊列頭部的元素，該人出局；若直到隊伍的元素數(shù)目等于1時，結(jié)束while循環(huán)返回隊列中的只剩下的那個元素，完整代碼及解析如下：

# 通過列表實現(xiàn)隊列的操作 class Queue:def __init__(self):self.items = [] # 創(chuàng)建一個空隊列，不需要參數(shù)，且會返回一個空隊列def add(self, item):self.items.insert(0, item) # 在隊列的尾部添加元素，它需要一個元素作為參數(shù)def delete(self):return self.items.pop() # 刪除隊列頭部的元素，不需要參數(shù)，它會返回一個元素，并修改隊列的內(nèi)容def display(self):return self.items[len(self.items) - 1] # 返回隊列的頭部元素def isEmpty(self):return self.items == [] # 檢查隊列是否為空，不需要參數(shù)，且返回一個布爾值來表示def size(self):return len(self.items) # 返回隊列中元素的數(shù)目，不需要參數(shù)，卻返回一個整數(shù)來表示# 定義一個有參函數(shù)，參數(shù)為參加游戲的人peoples和傳土豆的計數(shù)常量num def Pass(peoples, num):q = Queue()# q是一個新創(chuàng)建的隊列，創(chuàng)建一個對象，即對象名稱=類名稱()for name_people in peoples: # 依次遍歷參加游戲的人peoples使其添加到隊列中q.add(name_people)while q.size() > 1: # 若隊列中的元素數(shù)目大于1則while循環(huán)一直執(zhí)行下去for i in range(num): # 根據(jù)所給的計數(shù)常量依次進行相應的循環(huán)次數(shù)q.add(q.delete()) # 將所刪除的頭部元素添加到隊列的尾部q.delete() # 計數(shù)常量到達后，刪除隊列頭部的元素，即該人出局return q.delete() # 返回隊列中只剩一個元素# 測試 print(Pass(["first", "second", "third", "four", "five", "six", "seven"], 7))

運行結(jié)果如下：

我們可以對六人傳土豆游戲進行進一步的修改，比如允許隨機計數(shù)，從而使每一輪的結(jié)果都不可預測，從而使游戲更加公平，由于是隨機計數(shù)，可以使用random模塊來生成隨機整數(shù)，選定一個范圍使計算機自動生成。
改進后的六人傳土豆游戲程序代碼及解析如下：

import random # 導入random模塊# 通過列表實現(xiàn)隊列的操作 class Queue:def __init__(self):self.items = [] # 創(chuàng)建一個空隊列，不需要參數(shù)，且會返回一個空隊列def add(self, item):self.items.insert(0, item) # 在隊列的尾部添加元素，它需要一個元素作為參數(shù)def delete(self):return self.items.pop() # 刪除隊列頭部的元素，不需要參數(shù)，它會返回一個元素，并修改隊列的內(nèi)容def display(self):return self.items[len(self.items) - 1] # 返回隊列的頭部元素def isEmpty(self):return self.items == [] # 檢查隊列是否為空，不需要參數(shù)，且返回一個布爾值來表示def size(self):return len(self.items) # 返回隊列中元素的數(shù)目，不需要參數(shù)，卻返回一個整數(shù)來表示# 定義一個有參函數(shù)，參數(shù)為參加游戲的人peoples和傳土豆的計數(shù)常量num def Pass(peoples, num):q = Queue()for name_people in peoples: # 依次遍歷參加游戲的人peoples使其添加到隊列中q.add(name_people)while q.size() > 1: # 若隊列中的元素數(shù)目大于1則while循環(huán)一直執(zhí)行下去for i in range(num): # 根據(jù)所輸入的計數(shù)常量依次進行相應的循環(huán)次數(shù)q.add(q.delete()) # 將所刪除的頭部元素添加到隊列的尾部q.delete() # 計數(shù)常量達到后，刪除隊列頭部的元素，即該人出局return q.delete() # 返回隊列中只剩一個元素# 測試 num = random.randint(1, 100) # 產(chǎn)生1到100之間的一個整數(shù)作為計數(shù)常量值，每次產(chǎn)生的整數(shù)不一定相同從而無法預測到結(jié)果 print(f"本次計數(shù)常量值為：{num}") print(Pass(["first", "second", "third", "four", "five", "six", "seven"], num))

運行結(jié)果如下，每次產(chǎn)生的計數(shù)常量值不同導致結(jié)果不同：
第一次運行：

第二次運行：

五、雙端隊列的定義

雙端隊列與隊列類似，它有前、后兩端，但無論是添加元素或刪除元素都可以在兩端實現(xiàn)，它的排序原則可以為棧的后進先出，也可以為隊列的先進先出，這取決于使用者，可以說雙端隊列是棧和隊列的結(jié)合。

六、雙端隊列 實現(xiàn)步驟分析

通過Python中的類與對象，在類中定義幾個方法，使用列表來實現(xiàn)雙端隊列的相關(guān)操作，這里是將列表的末尾作為雙端隊列的前端，雙端隊列的后端是列表下標索引為0的位置，雙端隊列的操作有：
1、創(chuàng)建一個空雙端隊列，通過構(gòu)造方法創(chuàng)建一個空列表；

class Deque:def __init__(self):self.items = [] # 創(chuàng)建一個空雙端隊列，不需要參數(shù)，且會返回一個空雙端隊列

2、向雙端隊列兩端添加元素，分為向雙端隊列的前端或后端添加元素，前端通過append()方法向列表末尾添加元素，即向雙端隊列的前端添加；后端通過insert()方法在列表下標為0處列表的第一位元素，即雙端隊列的后端添加；

def addFront(self, item):self.items.append(item) # 在雙端隊列的前端添加元素，它需要一個元素作為參數(shù)def addRear(self, item):self.items.insert(0, item) # 在雙端隊列的后端添加元素，它需要一個元素作為參數(shù)

3、刪除雙端隊列兩端元素，分為刪除雙端隊列的前端元素和刪除雙端隊列的后端元素，都通過使用pop()方法，前端不需要指定參數(shù)，使其刪除列表的末尾元素，即雙端隊列的前端元素；后端指定參數(shù)為0，使其刪除列表中下標為0的元素，即列表的第一位元素，從而刪除雙端的后端元素；

def deleteFront(self):return self.items.pop() # 刪除雙端隊列前端的元素，不需要參數(shù)，它會返回一個元素，并修改雙端隊列的內(nèi)容def deleteRear(self):return self.items.pop(0) # 刪除雙端隊列后端的元素，不需要參數(shù)，它會返回一個元素，并修改雙端隊列的內(nèi)容

4、返回雙端隊列的兩端元素，通過len()先取得列表的長度，由于下標是從0開始，所以要減1，從而索引得到雙端隊列的前端元素；通過索引列表下標為0的元素得到雙端隊列的后端元素；

def displayFront(self):return self.items[len(self.items) - 1] # 返回雙端隊列的前端元素def displayRear(self):return self.items[0] # 返回雙端隊列的后端元素

5、檢查雙端隊列是否為空，通過比較運算符“==”比較隊列是否為空，若為空，則返回布爾值False，若不為空，則返回True；

def isEmpty(self):return self.items == [] # 檢查雙端隊列是否為空，不需要參數(shù)，且返回一個布爾值來表示

6、返回雙端隊列中元素數(shù)目，通過len()取所有元素的值，即返回隊列中元素的數(shù)目。

def size(self):return len(self.items) # 返回雙端隊列中元素的數(shù)目，不需要參數(shù)，卻返回一個整數(shù)來表示

七、雙端隊列的Python實現(xiàn)代碼

完整代碼如下：

# 通過列表實現(xiàn)雙端隊列的操作 class Deque:def __init__(self):self.items = [] # 創(chuàng)建一個空雙端隊列，不需要參數(shù)，且會返回一個空雙端隊列def addFront(self, item):self.items.append(item) # 在雙端隊列的前端添加元素，它需要一個元素作為參數(shù)def addRear(self, item):self.items.insert(0, item) # 在雙端隊列的后端添加元素，它需要一個元素作為參數(shù)def deleteFront(self):return self.items.pop() # 刪除雙端隊列前端的元素，不需要參數(shù)，它會返回一個元素，并修改雙端隊列的內(nèi)容def deleteRear(self):return self.items.pop(0) # 刪除雙端隊列后端的元素，不需要參數(shù)，它會返回一個元素，并修改雙端隊列的內(nèi)容def displayFront(self):return self.items[len(self.items) - 1] # 返回雙端隊列的前端元素def displayRear(self):return self.items[0] # 返回雙端隊列的后端元素def isEmpty(self):return self.items == [] # 檢查雙端隊列是否為空，不需要參數(shù)，且返回一個布爾值來表示def size(self):return len(self.items) # 返回雙端隊列中元素的數(shù)目，不需要參數(shù)，卻返回一個整數(shù)來表示# 測試 d = Deque() # d是一個新創(chuàng)建的空雙端隊列，創(chuàng)建一個對象，即對象名稱=類名稱() print(d.isEmpty()) # 檢查雙端隊列是否為空 print(d.size()) # 返回雙端隊列中元素的數(shù)目 d.addFront(123456) # 向雙端隊列的前端添加元素 d.addFront("45@d") d.addRear("2021-1-14") # 向雙端隊列的后端添加元素 d.addRear("Z") print(d.size()) print(d.displayFront()) # 返回雙端隊列的前端元素 print(d.displayRear()) # 返回雙端隊列的后端元素 d.deleteFront() # 刪除雙端隊列的前端元素 print(d.size()) print(d.displayFront()) d.deleteRear() # 刪除雙端隊列的后端元素 print(d.size()) print(d.displayRear()) print(d.isEmpty())

運行結(jié)果如下：

測試圖例：

八、雙端隊列的應用

回文檢測器

回文是指正著讀和反著讀都一樣的字符串，即成對稱的字符串，例如rar、toot、12321等等，我們可以通過一個雙端隊列來存儲字符串中的字符，通過從左往右的順序?qū)⒆址械淖址砑拥诫p端隊列的后端，然后通過定義一個條件，只有當雙端隊列的前端和后端相同時，才相互抵消刪除元素。一直這樣刪除下去，若輸入的字符串字符數(shù)為偶數(shù)，則最后將沒有字符；若輸入的字符串字符數(shù)為奇數(shù)，則最后只剩下一個字符，從而達到檢測回文的目的。

回文檢測器的完整代碼及解析如下：

# 通過列表實現(xiàn)雙端隊列的操作 class Deque:def __init__(self):self.items = [] # 創(chuàng)建一個空雙端隊列，不需要參數(shù)，且會返回一個空雙端隊列def addFront(self, item):self.items.append(item) # 在雙端隊列的前端添加元素，它需要一個元素作為參數(shù)def addRear(self, item):self.items.insert(0, item) # 在雙端隊列的后端添加元素，它需要一個元素作為參數(shù)def deleteFront(self):return self.items.pop() # 刪除雙端隊列前端的元素，不需要參數(shù)，它會返回一個元素，并修改雙端隊列的內(nèi)容def deleteRear(self):return self.items.pop(0) # 刪除雙端隊列后端的元素，不需要參數(shù)，它會返回一個元素，并修改雙端隊列的內(nèi)容def displayFront(self):return self.items[len(self.items) - 1] # 返回雙端隊列的前端元素def displayRear(self):return self.items[0] # 返回雙端隊列的后端元素def isEmpty(self):return self.items == [] # 檢查雙端隊列是否為空，不需要參數(shù)，且返回一個布爾值來表示def size(self):return len(self.items) # 返回雙端隊列中元素的數(shù)目，不需要參數(shù)，卻返回一個整數(shù)來表示# 定義一個有參函數(shù)，其參數(shù)是輸入的字符串 def palindromic(string):d = Deque() # d是一個新創(chuàng)建的空雙端隊列，創(chuàng)建一個對象，即對象名稱=類名稱()for i in string:d.addRear(i) # 通過addRear()方法向雙端隊列的后端添加元素stillEqual = Truewhile d.size() > 1 and stillEqual: # 若雙端隊列中元素的數(shù)目大于1且變量stillEqual為True時while循環(huán)一直下去first = d.deleteFront() # 通過刪除雙端列表前端的元素，該方法返回的元素賦值給變量firstlast = d.deleteRear() # 通過刪除雙端列表后端的元素，該方法返回的元素賦值給變量lastif first != last:stillEqual = False # 若左右兩端的元素不相同則對變量stillEqual賦值Falsereturn stillEqual # 返回變量stillEqual的值# 測試 print(palindromic("我為人人，人人為我")) print(palindromic("141")) print(palindromic("qwer")) print(palindromic("refer")) print(palindromic("did"))

運行結(jié)果如下：

結(jié)語

參考書籍：《Python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析 第2版》
[美] 布拉德利·米勒（Bradley N. Miller） 戴維·拉努姆（DavidL. Ranum）|譯者:呂能 刁壽鈞

以上就是本次Python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)學習筆記棧的全部內(nèi)容，篇幅較長，感謝您的閱讀和支持，若有表述或代碼中有不當之處，望指出！您的指出和建議能給博主帶來很大的動力！！！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Python数据结构学习笔记——队列和双端队列的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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