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一、队列
1.1、概念
队列(Queue)：也是一种基本的数据结构，在队列中的插入和删除都遵循先进先出（First in First out，FIFO）的原则。元素可以在任何时刻从队尾插入，但是只有在队列最前面 的元素才能被取出或者删除。通常将队列中允许插入的一端称为队尾，将允许删除的一 端称为队头。队列不允许在中间部位进行操作！
1.2、操作
栈使用两种基本操作：入队(push) 和 出队(pop):
- 入队：将数据放入队尾
- 出队：将队首数据移除
1.3、特点
1.先入先出(FIFO, First In FirstOut)，后入后出(LILO, Last In Last Out)
2.除头尾节点之外，每个元素有一个前驱，一个后继
1.4、队列常用操作
| 方法名 | 描述 | 时间复杂度 |
|---|---|---|
| push( ) | 元素入队，即将元素添加至队尾 | $O(1)$ |
| pop( ) | 队首元素出队 | $O(1)$ |
| top( ) | 访问队首元素 | $O(1)$ |
python中有现成的队列类queue.Queue
二、顺序队列
2.1、初始化
def __init__(self): """初始化一个空队列，使用列表作为存储容器。""" self.list = [] # 使用列表存储队列元素 2.2、入队
def put(self, data): """将数据放入队列末尾。 Args: data: 要放入队列的数据。 """ self.list.append(data) # 使用列表的 append 方法将数据添加到队列末尾 2.3、出队
def get(self): """从队列头部取出数据。 Returns: 从队列中取出的数据。 """ if self.is_empty(): # 检查队列是否为空 print("队列为空，无法取出数据。") # 打印提示信息 return None # 返回 None，指示无法取出数据 return self.list.pop(0) # 从列表头部弹出数据，遵循 FIFO 原则 2.4、获取队长度
def size(self): """返回队列中元素的数量。 Returns: 队列中元素的数量。 """ return len(self.list) # 使用 len 函数返回列表的长度 2.5、判断是否为空
def is_empty(self): """检查队列是否为空。 Returns: 如果队列为空返回 True，否则返回 False。 """ return self.list == [] # 检查列表是否为空
2.6、完整代码
class Queue: def __init__(self): """初始化一个空队列，使用列表作为存储容器。""" self.list = [] # 使用列表存储队列元素 def is_empty(self): """检查队列是否为空。 Returns: 如果队列为空返回 True，否则返回 False。 """ return self.list == [] # 检查列表是否为空 def put(self, data): """将数据放入队列末尾。 Args: data: 要放入队列的数据。 """ self.list.append(data) # 使用列表的 append 方法将数据添加到队列末尾 def get(self): """从队列头部取出数据。 Returns: 从队列中取出的数据。 """ if self.is_empty(): # 检查队列是否为空 print("队列为空，无法取出数据。") # 打印提示信息 return None # 返回 None，指示无法取出数据 return self.list.pop(0) # 从列表头部弹出数据，遵循 FIFO 原则 def size(self): """返回队列中元素的数量。 Returns: 队列中元素的数量。 """ return len(self.list) # 使用 len 函数返回列表的长度 if __name__ == '__main__': q = Queue() # 创建一个队列实例 q.put(10) # 将 10 放入队列 q.put(20) # 将 20 放入队列 q.put(30) # 将 30 放入队列 q.put(40) # 将 40 放入队列 print(q.get()) # 从队列中取出并打印第一个元素（10） print(q.size()) # 打印队列当前的大小（3）三、链队列
3.1、初始化
class Node: def __init__(self, data): """初始化节点，包含数据和指向下一个节点的指针。 Args: data: 节点存储的数据。 """ self.data = data # 节点数据 self.next = None # 初始时，节点的 next 指向 None def __init__(self):"""初始化一个空队列，使用头节点作为哨兵。"""self.head = Node(0) # 哨兵节点，方便操作3.2、入队
def put(self, data):"""将数据放入队列末尾。Args:data: 要放入队列的数据。"""new_node = Node(data) # 创建新节点current = self.head.next # 从第一个有效节点开始if current is None:self.head.next = new_node # 如果队列为空，直接将新节点作为队头else:# 遍历到队列的末尾while current.next is not None:current = current.nextcurrent.next = new_node # 将新节点添加到队列末尾3.3、出队
def get(self):"""从队列头部取出数据。如果队列为空，打印提示信息。Returns:从队列中取出的数据。"""if self.is_empty(): # 检查队列是否为空print("队列为空，无法取出数据。") # 打印提示信息return None # 返回 None，指示无法取出数据current = self.head.next # 获取队列头部元素self.head.next = current.next # 移动头指针到下一个节点return current.data # 返回取出的数据3.4、获取队长度
def size(self):"""返回队列中元素的数量。Returns:队列中元素的数量。"""count = 0current = self.head.next # 从第一个有效节点开始while current is not None:count += 1current = current.next # 移动到下一个节点return count # 返回计数3.5、判断是否为空
def is_empty(self):"""检查队列是否为空。Returns:如果队列为空返回 True，否则返回 False。"""return self.head.next is None # 如果头节点的 next 为 None，队列为空3.6、完整代码
class Node:def __init__(self, data):"""初始化节点，包含数据和指向下一个节点的指针。Args:data: 节点存储的数据。"""self.data = data # 节点数据self.next = None # 初始时，节点的 next 指向 Noneclass QueueLink:def __init__(self):"""初始化一个空队列，使用头节点作为哨兵。"""self.head = Node(0) # 哨兵节点，方便操作def is_empty(self):"""检查队列是否为空。Returns:如果队列为空返回 True，否则返回 False。"""return self.head.next is None # 如果头节点的 next 为 None，队列为空def put(self, data):"""将数据放入队列末尾。Args:data: 要放入队列的数据。"""new_node = Node(data) # 创建新节点current = self.head.next # 从第一个有效节点开始if current is None:self.head.next = new_node # 如果队列为空，直接将新节点作为队头else:# 遍历到队列的末尾while current.next is not None:current = current.nextcurrent.next = new_node # 将新节点添加到队列末尾def get(self):"""从队列头部取出数据。如果队列为空，打印提示信息。Returns:从队列中取出的数据。"""if self.is_empty(): # 检查队列是否为空print("队列为空，无法取出数据。") # 打印提示信息return None # 返回 None，指示无法取出数据current = self.head.next # 获取队列头部元素self.head.next = current.next # 移动头指针到下一个节点return current.data # 返回取出的数据def size(self):"""返回队列中元素的数量。Returns:队列中元素的数量。"""count = 0current = self.head.next # 从第一个有效节点开始while current is not None:count += 1current = current.next # 移动到下一个节点return count # 返回计数if __name__ == '__main__':q = QueueLink() # 创建一个队列实例q.put(10) # 将 10 放入队列q.put(20) # 将 20 放入队列q.put(30) # 将 30 放入队列q.put(40) # 将 40 放入队列print(q.get()) # 从队列中取出并打印第一个元素（10）print(q.size()) # 打印队列当前的大小（3）四、双端队列
4.1、初始化
def __init__(self): """初始化一个空双端队列，使用列表作为存储容器。""" self.list = [] # 使用列表来存储双端队列的元素 4.2、队列前端添加元素
def add_front(self, data): """在队列前端添加元素。 Args: data: 要添加到队列前端的数据。 """ self.list.insert(0, data) # 使用 insert 方法在列表的开头插入新元素 4.3、队列后端添加元素
def add_rear(self, data): """在队列后端添加元素。 Args: data: 要添加到队列后端的数据。 """ self.list.append(data) # 使用 append 方法在列表的末尾添加新元素 4.4、队列前端移除元素
def remove_front(self): """从队列前端移除并返回元素。 Returns: 被移除的元素，如果队列为空，则会引发异常。 """ if self.is_empty(): # 检查队列是否为空 print("队列为空，无法从前端移除数据。") return None # 如果为空，返回 None return self.list.pop(0) # 从列表的开头移除并返回元素 4.5、队列后端移除元素
def remove_rear(self): """从队列后端移除并返回元素。 Returns: 被移除的元素，如果队列为空，则会引发异常。 """ if self.is_empty(): # 检查队列是否为空 print("队列为空，无法从后端移除数据。") return None # 如果为空，返回 None return self.list.pop() # 从列表的末尾移除并返回元素 4.6、判断是否为空
def is_empty(self): """检查队列是否为空。 Returns: 如果队列为空返回 True，否则返回 False。 """ return self.list == [] # 检查列表是否为空 4.7、获取队长度
def size(self): """返回队列中元素的数量。 Returns: 队列中元素的数量。 """ return len(self.list) # 返回列表的长度 4.8、完整代码
class Deque: def __init__(self): """初始化一个空双端队列，使用列表作为存储容器。""" self.list = [] # 使用列表来存储双端队列的元素 def add_front(self, data): """在队列前端添加元素。 Args: data: 要添加到队列前端的数据。 """ self.list.insert(0, data) # 使用 insert 方法在列表的开头插入新元素 def add_rear(self, data): """在队列后端添加元素。 Args: data: 要添加到队列后端的数据。 """ self.list.append(data) # 使用 append 方法在列表的末尾添加新元素 def remove_front(self): """从队列前端移除并返回元素。 Returns: 被移除的元素，如果队列为空，则会引发异常。 """ if self.is_empty(): # 检查队列是否为空 print("队列为空，无法从前端移除数据。") return None # 如果为空，返回 None return self.list.pop(0) # 从列表的开头移除并返回元素 def remove_rear(self): """从队列后端移除并返回元素。 Returns: 被移除的元素，如果队列为空，则会引发异常。 """ if self.is_empty(): # 检查队列是否为空 print("队列为空，无法从后端移除数据。") return None # 如果为空，返回 None return self.list.pop() # 从列表的末尾移除并返回元素 def is_empty(self): """检查队列是否为空。 Returns: 如果队列为空返回 True，否则返回 False。 """ return self.list == [] # 检查列表是否为空 def size(self): """返回队列中元素的数量。 Returns: 队列中元素的数量。 """ return len(self.list) # 返回列表的长度 if __name__ == '__main__': dq = Deque() # 创建一个双端队列实例 dq.add_front(10) # 在队列前端添加 10 dq.add_front(20) # 在队列前端添加 20 dq.add_front(30) # 在队列前端添加 30 dq.add_rear(90) # 在队列后端添加 90 dq.add_rear(80) # 在队列后端添加 80 dq.add_rear(70) # 在队列后端添加 70 print(dq.remove_front()) # 从队列前端移除并打印（30） print(dq.remove_rear()) # 从队列后端移除并打印（70） print(dq.size()) # 打印当前队列的大小五、思维导图
