基于Python3的数据结构与算法 - 14 队列

目录

一、定义

1. 环形队列

2. 自定义队列

二、队列的内置模块 

1. 双向队列

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一、定义

1. 队列（Queue）是一个数据集合，仅允许在列表的一端进行插入，另一端进行删除。
2. 进行插入的一端称为队尾（rear），插入动作称为进队或入队。
3. 进行删除的一端称为队头（front），删除动作称为出队。
4. 队列的性质：先进先出（First-in， First-out）。

队列也可以使用列表来实现：

但是这种情况下会出现一个问题：若我们采用pop（下标来进行出队），此时操作上时间复杂度为为O(n)，而且在情况（d）下，此时如果我们还需要入栈，只能在后面的空间上，前面的空间会造成浪费，因此我们引入环形队列。 可以到最后从头到尾接起来。

1. 环形队列

定义：当队尾指针front == Maxsize - 1时， 再前进一个位置就自动到0. 

• 队首指针前进1：front = （front + 1）% MaxSize
• 队尾指针前进1：rear = （rear + 1）% MaxSize
• 队空条件：rear == front
• 队满条件：（rear + 1） % MaxSize == front

对满的情况少1格是为了防止与空队列的情况相同。

2. 自定义队列

我们可以通过自己创建一个类来实现队列的功能，示例代码如下：

class Queue:
    def __init__(self, size = 100):   # 创建一个大小为100的列表
        self.queue = [0 for _ in range(size)]
        self.size = size
        self.rear = 0   # 队尾 = 0
        self.front = 0   #队首 = 0
          
    def push(self,element):   # 进队
        if not self.is_filled():   #判断队满
            self.rear = (self.rear +1) % self.size
            self.queue[self.rear] = element
        else:
            raise IndexError("Queue is filled")
        
    def pop(self):  #出队
        if not self.is_empty():  # 判断队空
            self.front = (self.front +1) % self.size
            return self.queue[self.front]  # 返回最后一位的元素
        else:
            raise IndexError("Queue is empty")
    
    def is_empty(self):   #判断队空
        return self.rear == self.front
    
    def is_filled(self):  # 判断队满
        return (self.rear + 1) % self.size == self.front

二、队列的内置模块 

1. 双向队列

双向队列的两端都支持进队和出队的操作。

双向队列的基本操作：

• 队首进队
• 对手出队
• 队尾进队
• 队尾出队

这个队列与多线程中的队列不一样。是一种特殊的数据结构。

• 使用方法：

from collections import deque

• 创建队列： queue = deque()
• 进队：append()
• 出队：popleft()
• 双向队列队首进队：appendlleft()
• 双向队列队尾出队：pop() 

实例：

如果我们需要打印一个文件的后几行，可以使用队列

from collections import deque

# q = deque([1， 2， 3， 4， 5],5）
def tail(n):  # n表示打印几行
    with open('test.txt', 'r') as f:
        q = deque(f, n)  # f表示读取的内容，n表示最大队列的范围  # 每次读取一个f
        return q  


# deque的特性：当队满时，此时再进队会自动使得第一位的元素出队
for line in tail(5):
    print(line, end='')

实现思路：我们设置n = 5，那么当我们把整个数据传入列表中时。队列满出来，使得前面的数据自动出队，最后只剩下最后的5行元素。