队列和栈

本节讲解的队列与栈，如果你对之前的线性和链式结构顺利掌握了，那么下边的队列和栈就小菜一碟了。因为我们会用前两节讲到的东西来实现队列和栈。 之所以放到一起讲是因为这两个东西很类似，队列是先进先出结构(FIFO, first in first out)， 栈是后进先出结构(LIFO, last in first out)。

生活中的数据结构：

• 队列。没错就是咱平常排队，第一个来的第一个走

本章我们详细讲讲常用的队列

队列 Queue

如果你熟悉了上两节讲的内容，这里你会选取哪个数据结构作为队列的底层存储?

class Queue():
    def __init__(self):
        self.item = DoubleLinkedList()

    def push(self, value):

        self.item.append(value)
    def pop(self):
        value = self.item.top_node().value
        self.item.remove(value)
        return value

用数组实现队列

难道用数组就不能实现队列了吗？其实还是可以的。只不过数组是预先分配固定内存的，所以如果你知道了队列的最大长度，也是 可以用数组来实现的。

想象一下，队列就俩操作，进进出出，一进一出，pop 和 push 操作。 似乎只要两个下标 head, tail 就可以了。 当我们 push 的时候赋值并且前移 head，pop 的时候前移 tail 就可以了。你可以在纸上 模拟下试试。列队的长度就是 head-pop，这个长度必须不能大于初始化的最大程度。

如果 head 先到了数组末尾咋办？重头来呗，只要我们保证 tail 不会超过 head 就行。

head = 0,1,2,3,4 ... 0,1,2,3,4 ...

重头再来，循环往复，仿佛一个轮回。。。。 怎么重头来呢？看上边数组的规律你如果还想不起来用取模，估计小学数学是体育老师教的。

maxsize = 5
for i in range(100):
    print(i % maxsize)

我们来实现一个空间有限的循环队列。ArrayQueue，它的实现很简单，但是缺点是需要预先知道队列的长度来分配内存。

class Queue:
    def __init__(self, maxsize=4):
        self.item = Array(maxsize)
        self.head = 0
        self.end = 0
        self.maxsize = maxsize

    def push(self, value):
        self.item[self.head % self.maxsize] = value
        self.head += 1

    def pop(self):
        value = self.item[self.end % self.maxsize]
        self.end +=1
        return value

双端队列 Double ended Queue

你可能还听过双端队列。上边讲到的队列 队头出，尾尾进，我们如果想头部和尾巴都能进能出呢？ 这就是双端队列了，如果你用过 collections.deque 模块，就是这个东西。他能高效在两头操作。

假如让你实现你能想起来嘛？ 似乎我们需要一个能 append() appendleft() popleft() pop() 都是 O(1) 的数据结构。

上边我们实现 队列的 LinkedList 可以吗？貌似就差一个 pop() 最后边的元素无法实现了。 对，我们还有双端链表。它有这几个方法：

• append
• appendleft
• headnode()
• tailnode()
• remove(node)

栈 Stack

from collections import deque


class Stack():
    def __init__(self):
        self.item = deque()

    def add(self,value):
        self.item.append(value)
    def pop(self):
        return self.item.pop()

练习

1. 使用 python 的 deque 来实现 queue ADT 吗？
2. 是否能完成循环队列