python演算法與數據結構-隊列(44)

来源:https://www.cnblogs.com/Se7eN-HOU/archive/2019/07/04/11130026.html
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一、隊列的介紹 隊列的定義：隊列是一種特殊的線性表，只允許在表的頭部（front處）進行刪除操作，在表的尾部（rear處）進行插入操作的線性數據結構，這種結構就叫做隊列。進行插入操作的一端稱為隊尾，進行刪除操作的一端稱為隊尾。 隊列的類型：鏈式隊列，即用鏈表實現的隊列。靜態隊列：即用數組實現的隊列。 ...


一、隊列的介紹

　　隊列的定義：隊列是一種特殊的線性表，只允許在表的頭部（front處）進行刪除操作，在表的尾部（rear處）進行插入操作的線性數據結構，這種結構就叫做隊列。進行插入操作的一端稱為隊尾，進行刪除操作的一端稱為隊尾。

　　隊列的類型：鏈式隊列，即用鏈表實現的隊列。靜態隊列：即用數組實現的隊列。

　　隊列的特性：

    • 在隊尾插入元素，在隊首刪除元素。
    • FIFO（先進先出），就向排隊取票一樣。

二、隊列的python代碼實現

class Queue(object):
    def __init__(self):
        print("===創建隊列===")
        self.element = []
        
    def inQueue(self,num):
        self.element.append(num)
        print("%d進入隊列"%num,end=" ")
        
    def is_empty(self):
        if len(self.element)==0:
            return True
        else:
            return False
        
    def outQueue(self):
        if self.is_empty()==True:
            print("你要刪除的隊列為空")
            return
        else:
            num = self.element[0]
            print("%d要出隊列"%num,end=" ")
            self.element.pop(0)
            
    def length(self):
        return len(self.element)
    
    def travel(self):
        if self.is_empty()==True:
            print("你要遍歷的隊列為空")
            return
        else:
            print("你要遍歷的隊列元素有：",end=" ")
            for i in range(0,self.length()):
                print("%d "%self.element[i],end=" ")
            print("\n")

def main():
    q = Queue()
    print("===驗證空隊列===")
    q.travel()
    print("===往隊列中添加數據===")
    q.inQueue(1)
    q.travel()
    q.inQueue(2)
    q.inQueue(3)
    q.inQueue(4)
    q.inQueue(5)
    q.travel()
    print("===驗證出隊列===")
    q.outQueue()
    q.travel()
    q.outQueue()
    q.travel()

if __name__ == '__main__':
    main()

運行結果為：

===創建隊列===
===驗證空隊列===
你要遍歷的隊列為空
===往隊列中添加數據===
1進入隊列 你要遍歷的隊列元素有： 1  

2進入隊列 3進入隊列 4進入隊列 5進入隊列 你要遍歷的隊列元素有： 1  2  3  4  5  

===驗證出隊列===
1要出隊列 你要遍歷的隊列元素有： 2  3  4  5  

2要出隊列 你要遍歷的隊列元素有： 3  4  5

三、隊列的C語言代碼實現

//  main.m
//  隊列
//  Created by 侯壘 on 2019/7/3.
//  Copyright © 2019 可愛的侯老師. All rights reserved.

#include<stdio.h>

#define SIZE 20
typedef struct Q
{
    int array[SIZE];
    int front;
    int rear;
    int length;
}Queue;

void createQueue(Queue *q)
{
    q->front = 0;
    q->rear = -1;
    q->length = 0;
    printf("創建隊列成功\n");
}

void inQueue(Queue *q,int num)
{
    if (q->length >= SIZE)
    {
        printf("該隊列已經滿了\n");
    }
    else
    {
        q->rear = q->rear+1;
        q->array[q->rear] = num;
        q->length++;
        printf("%d進入隊列\n",num);
    }
}

void outQueue(Queue *q)
{
    if (q->length <= 0)
    {
        printf("這是一個空隊列");
    }
    else
    {
        int num = q->array[q->front];
        printf("%d出隊列 ",num);
        q->front = q->front+1;
        q->length--;
    }
}

void travel(Queue *q)
{
    if (q->length <= 0)
    {
        printf("這是一個空隊列\n");
    }
    else
    {
        printf("你遍歷的隊列裡面的數據有：");
        for (int i=q->front; i<q->rear+1; i++)
        {
            printf(" %d ",q->array[i]);
        }
        printf("\n");
    }
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    Queue q;
    createQueue(&q);
    travel(&q);
    inQueue(&q, 1);
    inQueue(&q, 2);
    inQueue(&q, 3);
    inQueue(&q, 4);
    inQueue(&q, 5);
    inQueue(&q, 6);
    travel(&q);
    outQueue(&q);
    travel(&q);
    outQueue(&q);
    travel(&q);
    outQueue(&q);
    travel(&q);
    
    return 0;
}

運行結果為：

創建隊列成功
這是一個空隊列
1進入隊列
2進入隊列
3進入隊列
4進入隊列
5進入隊列
6進入隊列
你遍歷的隊列裡面的數據有： 1  2  3  4  5  6 
1出隊列 你遍歷的隊列裡面的數據有： 2  3  4  5  6 
2出隊列 你遍歷的隊列裡面的數據有： 3  4  5  6 
3出隊列 你遍歷的隊列裡面的數據有： 4  5  6

四、雙端隊列

雙端隊列（deque，全名double-ended queue），是一種具有隊列和棧的性質的數據結構。

雙端隊列中的元素可以從兩端彈出，其限定插入和刪除操作在表的兩端進行。雙端隊列可以在隊列任意一端入隊和出隊。 

　　

雙端隊列的常用操作

  • Deque() 創建一個空的雙端隊列
  • add_front(item) 從隊頭加入一個item元素
  • add_rear(item) 從隊尾加入一個item元素
  • remove_front() 從隊頭刪除一個item元素
  • remove_rear() 從隊尾刪除一個item元素
  • is_empty() 判斷雙端隊列是否為空
  • size() 返回隊列的大小

五、雙端隊列的python代碼實現

class Deque(object):
    """雙端隊列"""
    def __init__(self):
        self.items = []
        print("初始化雙端隊列")

    def is_empty(self):
        """判斷隊列是否為空"""
        return self.items == []

    def add_front(self, item):
        """在隊頭添加元素"""
        print("%d在隊首進入隊列"%item)
        self.items.insert(0,item)

    def add_rear(self, item):
        """在隊尾添加元素"""
        print("%d在隊尾進入隊列"%item)
        self.items.append(item)

    def remove_front(self):
        """從隊頭刪除元素"""
        item = self.items[0]
        print("%d從隊首出隊列"%item)
        return self.items.pop(0)

    def remove_rear(self):
        """從隊尾刪除元素"""
        print("%d從隊尾出隊列"%self.items[len(self.items)-1])
        return self.items.pop()

    def size(self):
        """返回隊列大小"""
        return len(self.items)
    
    def travel(self):
        if len(self.items)==0:
            print("你要遍歷的隊列是空隊列")
        else:
            print("你要遍歷的隊列元素有：",end=" ")
            for i in range(0,len(self.items)):
                print("%d "%self.items[i],end=" ")
            print("\n")


if __name__ == "__main__":
    deque = Deque()
    deque.add_front(1)
    deque.add_front(2)
    deque.add_rear(3)
    deque.add_rear(4)
    deque.travel()
    print("隊列長度為：%d\n"%deque.size())
    deque.remove_front()
    deque.travel()
    deque.remove_front()
    deque.travel()
    deque.remove_rear()
    deque.travel()
    deque.remove_rear()
    deque.travel()

運行結果為：

初始化雙端隊列
1在隊首進入隊列
2在隊首進入隊列
3在隊尾進入隊列
4在隊尾進入隊列
你要遍歷的隊列元素有： 2  1  3  4  

隊列長度為：4

2從隊首出隊列
你要遍歷的隊列元素有： 1  3  4  

1從隊首出隊列
你要遍歷的隊列元素有： 3  4  

4從隊尾出隊列
你要遍歷的隊列元素有： 3  

3從隊尾出隊列
你要遍歷的隊列是空隊列

六、雙端隊列的C語言代碼實現

//  main.m
//  雙端隊列
//  Created by 侯壘 on 2019/7/4.
//  Copyright © 2019 可愛的侯老師. All rights reserved.
#include<stdio.h>

// 創建隊列的節點結構體
typedef struct N
{
    int num;
    struct N *next;
}Node;

// 創建節點
Node * createNode(int num)
{
    
    Node *node = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    node->num = num;
    node->next = NULL;
    return node;
}

// 創建雙端隊列
Node * createDeQue()
{
    printf("初始化隊列\n");
    Node *head = NULL;
    return head;
}

// 判斷是否為空
int is_empty(Node *head)
{
    if (head == NULL)
    {
        return 1;
    }
    else
    {
        return 0;
    }
}

// 求雙向隊列的長度
int length(Node *head)
{
    Node *current = head;
    if (is_empty(head))
    {
        return 0;
    }
    int count = 1;
    while (current->next!=NULL)
    {
        count++;
        current = current->next;
    }
    return count;
}

// 頭部插入
Node *add_front(Node *head, int num)
{
    Node *node = createNode(num);
    Node *current = head;
    if (is_empty(head)==1)
    {
        head = node;
    }
    else
    {
        node->next = head;
        head = node;
    }
    printf("%d從隊列頭部進入隊列\n",num);
    return head;
}

// 尾部插入
Node *add_rear(Node *head,int num)
{
    Node *node = createNode(num);
    if (is_empty(head)==1)
    {
        head = add_front(head, num);
    }
    else
    {
        Node *current = head;
        while (current->next != NULL)
        {
            current = current->next;
        }
        current->next = node;
    }
    printf("%d從尾部進入隊列\n",num);
    return head;
}

// 頭部刪除
Node *remove_front(Node *head)
{
    if (is_empty(head) == 1)
    {
        printf("這是一個空隊列");
        return head;
    }
    else
    {
        
        int num = head->num;
        //head->next = head->next->next;
        printf("%d從隊列頭部出隊列\n",num);
        head = head->next;
        return head;
    }
}

// 尾部刪除
Node *remove_rear(Node *head)
{
    if (is_empty(head) == 1)
    {
        printf("這是一個空隊列");
        return head;
    }
    else if (length(head) == 1)
    {
         head = remove_front(head);
         return head;
    }
    else
    {
        Node *current = head;
        for (int i=0; i<length(head)-2; i++)
        {
            current = current->next;
        }
        printf("%d從隊列尾部出隊列\n",current->next->num);
        current->next = NULL;
        return head;
    }
}

// 遍歷
void travel(Node *head)
{
    if (is_empty(head) == 1)
    {
        printf("你遍歷的隊列為空\n");
    }
    else
    {
        printf("你要遍歷的隊列元素有：");
        Node *current = head;
        //printf("%d ",current->num);
        for (int i = 0; i<length(head); i++)
        {
            printf("%d ",current->num);
            current = current->next;
        }
        printf("\n");
    }
}

int main(int argc, const char * argv[])
{
    Node *head = createDeQue();
    head = add_front(head, 1);
    travel(head);
    head = add_front(head, 2);
    travel(head);
    head = add_rear(head, 3);
    travel(head);
    head = add_rear(head, 4);
    travel(head);
    
    int  len = length(head);
    printf("現在隊列的長度為%d\n",len);
    
    head = remove_front(head);
    travel(head);
    head = remove_front(head);
    travel(head);
    len = length(head);
    printf("現在隊列的長度為%d\n",len);
    head = remove_rear(head);
    travel(head);
    head = remove_rear(head);
    travel(head);
   
    return 0;
}

運行結果為：

初始化隊列
1從隊列頭部進入隊列
你要遍歷的隊列元素有：1 
2從隊列頭部進入隊列
你要遍歷的隊列元素有：2 1 
3從尾部進入隊列
你要遍歷的隊列元素有：2 1 3 
4從尾部進入隊列
你要遍歷的隊列元素有：2 1 3 4 
現在隊列的長度為4
2從隊列頭部出隊列
你要遍歷的隊列元素有：1 3 4 
1從隊列頭部出隊列
你要遍歷的隊列元素有：3 4 
現在隊列的長度為2
4從隊列尾部出隊列
你要遍歷的隊列元素有：3 
3從隊列頭部出隊列
你遍歷的隊列為空

 


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