数据结构 - 队列和栈

栈和队列是两种基本的数据结构，同为容器类型。两者根本的区别在于：
stack：后进先出

queue：先进先出

对于stack我们可以使用python内置的list实现，因为list是属于线性数组，在末尾插入和删除一个元素所使用的时间都是O(1)。

class Stack(object):
    def __init__(self):
        self.stack = []

    def push(self, value):    # 进栈
        self.stack.append(value)

    def pop(self):  #出栈
        if self.stack:
            self.stack.pop()
        else:
            raise LookupError('stack is empty!')

    def is_empty(self): # 如果栈为空
        return bool(self.stack)

    def top(self): 
        #取出目前stack中最新的元素
        return self.stack[-1]

列表实现队列：

class Queue(object):
    """队列"""
    def __init__(self, maxsize=0):
        """maxsize<=0代表队列不限定大小"""
        self.queue = []
        self.maxsize = maxsize

    def is_empty(self):
        return len(self.queue) == 0

    def is_full(self):
        if self.maxsize <= 0:
            return False
        else:
            return len(self.queue) == self.maxsize

    def enqueue(self, item):
        """入队"""
        if self.is_full():
            raise Exception("Queue is full!")
        else:
            self.queue.append(item)

    def dequeue(self):
        """出队"""
        if self.is_empty():
            raise IndexError("Queue is empty!")
        else:
            return self.queue.pop(0)

    def size(self):
        return len(self.queue)

    def get_front(self):
        """
        返回队头元素
        :return:
        """
        if self.is_empty():
            raise IndexError("Queue is empty!")
        else:
            return self.queue[0]

    def get_rear(self):
        """
        返回队尾元素
        :return:
        """
        if self.is_empty():
            raise IndexError("Queue is empty!")
        else:
            return self.queue[-1]

    def print_queue(self):
        return self.queue

#方法二：
class Queue:
    def __init__(self):
        self.items = []

    def is_empty(self):
        return len(self.items) == 0

    def enqueue(self, item):
        self.items.insert(0, item)

    def dequeue(self):
        return self.items.pop()

    def size(self):
        return len(self.items)


if __name__ == "__main__":
    # 实例化对象队列
    queue = Queue()
    # 入队四个数
    queue.enqueue(1)
    queue.enqueue(2)
    queue.enqueue(3)
    queue.enqueue(4)
    print(queue.queue)       # [1, 2, 3, 4]
    print(queue.is_empty())  # False   队列不为空
    print(queue.is_full())   # False   队列没有到最大元素
    # 出队  先入先出  出的是1 所有剩 [2,3,4]
    queue.dequeue()
    print(queue.queue)
    # 返回队列的元素个数 3
    print(queue.size())
    # 获取队列的头数据  2
    print(queue.get_front())
    # 获取队列的尾数据  4
    print(queue.get_rear())
    # 打印队列所有数据 [2,3,4]
    print(queue.print_queue())

链表来实现队列数据结构：

定义一个头结点，左边指向队列的开头，右边指向队列的末尾，这样就可以保证我们插入一个元素和取出一个元素都是O(1)的操作，使用这种链表实现stack也是非常的方便。实现代码如下：

class Head(object):
    def __init__(self):
        self.left = None
        self.right = None

class Node(object):
    def __init__(self, value):
        self.value = value
        self.next = None

class Queue(object):
    def __init__(self):
        #初始化节点
        self.head = Head()

    def enqueue(self, value):
        #插入一个元素
        newnode = Node(value)
        p = self.head
        if p.right:
            #如果head节点的右边不为None
            #说明队列中已经有元素了
            #就执行下列的操作
            temp = p.right
            p.right = newnode
            temp.next = newnode
        else:
            #这说明队列为空，插入第一个元素
            p.right = newnode
            p.left = newnode

    def dequeue(self):
        #取出一个元素
        p = self.head
        if p.left and (p.left == p.right):
            #说明队列中已经有元素
            #但是这是最后一个元素
            temp = p.left
            p.left = p.right = None
            return temp.value
        elif p.left and (p.left != p.right):
            #说明队列中有元素，而且不止一个
            temp = p.left
            p.left = temp.next
            return temp.value

        else:
            #说明队列为空
            #抛出查询错误
            raise LookupError('queue is empty!')

    def is_empty(self):
        if self.head.left:
            return False
        else:
            return True

    def top(self):
        #查询目前队列中最早入队的元素
        if self.head.left:
            return self.head.left.value
        else:
            raise LookupError('queue is empty!')