[读书笔记]-大话数据结构-4-栈与队列(二)-队列

队列的定义

    队列（queue）是只允许在一端进行拆入操作，而在另一端进行删除操作的线性表。队列是一种先进先出（First In First Out）的线性表，简称FIFO。允许插入的一段称为队尾，允许删除的一端称为队头。

队列的应用非常频繁，例如排队，键盘输入到显示器输出等。

队列的抽象数据类型

ADT 队列(Queue)
Data
    '''同线性表。元素具有相同的类型，相邻元素具有前驱和后继关系。'''
Operation 
    InitQueue(*Q):'''初始化操作，建立一个空队列Q。'''
    DestroyQueue(*Q):'''若队列Q存在，则销毁它'''
    ClearQueue(*Q):'''将队列Q清空'''
    QueueEmpty(Q):'''若队列Q为空，返回true，否则返回false'''
    GetHead(Q,*e):'''若队列Q存在且非空，用e返回Q的队头元素。'''
    EnQueue(*Q,e):'''若队列Q存在，插入新元素e插入到Q中并成为队尾元素。'''
    DeQueue(*Q,*e):'''删除队列Q中队头元素，并用e返回其值。'''
    QueueLength(Q):'''返回队列Q的元素个数。'''
endADT

循环队列

当用线性表表示队列时，为了避免队列元素的大量移动（队头删除元素时），一般引入两个指针，front指向队头元素，rear指向队尾元素的下一个位置，这样，拆入始终在rear指针处进行，删除始终在front指针处进行；当front等于rear时，此队列为空队列。但是这样会产生另外一个问题，列队经过一些拆入和删除操作之后，rear指针可能发生数值越界，但数值的另一端还有空闲，这种现象叫做假溢出。

 

解决假溢出的办法就是后面满了，再从头开始，也就是头尾相接的循环。我们把队列的这种头尾相接的顺序存储结构称为循环队列。如下图所示

    此时会产生另外一个问题，当rear=front时，有可能表示队满，也可能表示队空，为了区分这种情况有两种解决方案

• 多设置一个flag变量，当rear=front，且flag=0时，表示队列空。当rear=front，且flag=1时表示队满
• 让队列始终保留一个空元素，也就是，当rear=front时，队列空。当队列仅剩一个空闲元素时，队列慢，所以以下两种情况都表示队列满

循环队列的Python实现

class SqQueue(object):
    def __init__(self,size=20):
        self.data=[None for i in range(size)]
        self.size=size
        self.front=0
        self.rear=0

循环队列的插入操作

    def EnQueue(self,e):#将e插入队列
        if (self.rear+1)%self.size ==self.front:  #队列满
            return 0
        self.data[self.rear]=e   #当前元素赋值给e
        self.rear=(self.rear+1)%self.size  #rear指向下一个
        return 1

循环队列的删除操作

    def DeQueue(self):
        if self.rear==self.front:  #队空
            return None
        e=self.data[self.front]  #获取队头元素
        self.data[self.front]=None   #删除队头元素
        self.front=(self.front+1)%self.front  #头指针往前移动一位
        return e

循环队列的完整代码

class SqQueue(object):
    def __init__(self,size=20):
        self.data=[None for i in range(size)]
        self.size=size
        self.front=0
        self.rear=0
    
    def QueueLength(self):  #返回队列的长度
        return (self.rear-self.front+self.size)%self.size
    
    def EnQueue(self,e):#将e插入队列
        if (self.rear+1)%self.size ==self.front:  #队列满
            return 0
        self.data[self.rear]=e   #当前元素赋值给e
        self.rear=(self.rear+1)%self.size  #rear指向下一个
        return 1
    
    def DeQueue(self):
        if self.rear==self.front:  #队空
            return None
        e=self.data[self.front]  #获取队头元素
        self.data[self.front]=None   #删除队头元素
        self.front=(self.front+1)%self.front  #头指针往前移动一位
        return e
    def ClearQueue(*Q):#将队列清空
        while self.front!=self.rear:  #当队列不空时
            self.data[self.front]=None   #删除对头元素，队头前移一位
            self.front=(self.front+1)%self.size
    def QueueEmpty(self):#若队列Q为空，返回true，否则返回false
        return self.front==self.rear
    def GetHead(self): #若队列Q存在且非空，用e返回Q的队头元素
        return self.data[self.front] #返回当前元素，若队列为空，返回None
    

队列的链式存储结构及实现

队列的链式存储结构，其实就是线性表的单链表，只不过它只能尾进头出，我们把它简称连队列。

当front和rear都指向头结点时，表示连队列为空。

链队列的实现代码如下：

class LinkQueue(object):
    def __init__(self):  #生成一个空的链队列
        self.front=Node(0)   #头节点，保存元素的个数
        self.rear=self.front
    
    def QueueLength(self):  #返回队列的长度
        return self.count

队列的链式存储结构——入队操作

    def EnQueue(self,e):  #将e插入队列
        p=Node(e)  #待拆入节点
        self.rear.next=p  #尾节点下一个节点指向p
        self.rear=p     #尾指针移到p
        self.front.data+=1  #节点个数+1

队列的链式存储结构——出队操作

    def DeQueue(self):
        if self.rear==self.front:return None #如果链表为空
        p=self.front.next  #待删除
        e=p.data
        self.front.next=p.next  #头结点的下一个节点直接指向p的下个节点
        if self.rear==p:  #如果删除的是尾节点
            self.rear=self.front  #维指针指向头节点
        self.front.data-=1
        return e

链队列的完整代码

class Node(object):   #定义链表节点
    def __init__(self,data=None):
        self.data=data
        self.next=None        
        
class LinkQueue(object):
    def __init__(self):  #生成一个空的链队列
        self.front=Node(0)   #头节点，保存元素的个数
        self.rear=self.front
    
    def QueueLength(self):  #返回队列的长度
        return self.count
    
    def EnQueue(self,e):  #将e插入队列
        p=Node(e)  #待拆入节点
        self.rear.next=p  #尾节点下一个节点指向p
        self.rear=p     #尾指针移到p
        self.front.data+=1  #节点个数+1
    
    def DeQueue(self):
        if self.rear==self.front:return None #如果链表为空
        p=self.front.next  #待删除
        e=p.data
        self.front.next=p.next  #头结点的下一个节点直接指向p的下个节点
        if self.rear==p:  #如果删除的是尾节点
            self.rear=self.front  #维指针指向头节点
        self.front.data-=1
        return e
        
    def ClearQueue(*Q):#将队列清空
        self.front=Node(0)  
        self.rear=self.front
        
    def QueueEmpty(self):#若队列Q为空，返回true，否则返回false
        return self.front==self.rear
    
    def GetHead(self): #若队列Q存在且非空，用e返回Q的队头元素
        if self.front.next==None:return None
        else: return self.front.next.data