数据结构--栈和队列

1 栈

• 栈的分析与应用：

  • 分析：和栈相关的最有用的想法之一来自对它的观察。假设从一个干净的桌面开始，现在把书一本本叠起来，你在构造一个栈。考虑下移除一本书会发生什么。移除的顺序跟刚刚被放置的顺序相反。栈之所以重要是因为它能反转项的顺序。插入跟删除顺序相反。

  • 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。

• 特性：先进后出的数据结构

• 名词: 栈顶，栈尾

• 构造栈:

  • 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(object):
      def __init__(self):
          self.items = []
      def push(self,item):
          self.items.append(item)  # 将一个新项添加到栈的顶部
      def pop(self):
         return self.items.pop()  # 取出(删除)栈顶元素,栈被修改
  	def peek(self):
         return self.items[len(self.items)-1] # 从栈返回顶部项，但不会删除它,不修改栈
      def isEmpty(self):
          return self.items == None  # 测试栈是否为空
      def size(self):
          return len(self.items) # 返回栈中的 item 数量
  

2 队列

• 概念：队列是项的有序结合，其中添加新项的一端称为队尾，移除项的一端称为队首。当一个元素从队尾进入队列时，一直向队首移动，直到它成为下一个需要移除的元素为止。最近添加的元素必须在队尾等待。集合中存活时间最长的元素在队首，这种排序成为 FIFO，先进先出，也被成为先到先得。

  • 案例：队列的最简单的例子是我们平时不时会参与的列。排队等待电影，在杂货店的收营台等待，在自助餐厅排队等待（这样我们可以弹出托盘栈）。行为良好的线或队列是有限制的，因为它只有一条路，只有一条出路。不能插队，也不能离开。你只有等待了一定的时间才能到前面。

• 特性：先进先出的数据结构

• 名词: 栈顶，栈尾

• 构造队列

  • 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(object):
      def __init__(self):
          self.items = []
      def enqueque(self,item):
          """添加至队尾"""
          self.items.insert(0,item)
      def dequeque(self):
          """移除(查看)队首项,队列被修改"""
          return self.items.pop()
      def isEmpty(self):
          return self.items == []
      def size(self):
          return len(self.items)
  

• 经典案例:烫手的山芋

  • 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。

  • 准则：队头孩子的手里永远要有山芋。

    queue = Queue()
    kids = ['A','B','C','D','E','F']
    #将六个孩子添加到队列中，A是队头位置的孩子
    for kid in kids:
        queue.enqueue(kid)
    
    while queue.size() > 1: # 1s后开始传递山芋
        #在7秒之内山芋会被传递6次
        for i in range(6):
            kid = queue.dequeue()
            queue.enqueue(kid)
        queue.dequeue()
    
    print('获胜者为：',queue.dequeue())
    

3 双端队列

• 概念：deque（也称为双端队列）是与队列类似的项的有序集合。它有两个端部，首部和尾部，并且项在集合中保持不变。

• 同队列相比，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

• 构造双端队列

  • 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 isEmpty(self):
          return self.items == []
      def size(self):
          return len(self.items)
      def addFront(self,item):
          self.items.append(item)
      def addRear(self,item):
          self.items.insert(0,item)
      def removeFront(self):
          return self.items.pop()
      def removeRear(self):
          return self.items.pop(0)