用Python实现的数据结构与算法-队列

1.概述

队列（Queue）是一种先进先出（FIFO）的线性数据结构，插入操作在队尾（rear）进行，删除操作在队首（front）进行。

 

2.ADT

队列ADT（抽象数据类型）一般提供以下接口：

 

Queue()：创建队列

enqueue(item)：向队尾插入项

dequeue()：返回队首的项，并从队列中删除该项

empty()： 判断队列是否为空

size()：返回队列中项的个数

队列操作的示意图如下：

3.Python实现

使用Python的内建类型list列表，可以很方便地实现队列ADT：

#!/usr/bin/envpython
# -*- coding: utf-8-*-
 
class Queue:
    def __init__(self):
        self.items = []
 
 #入队操作
    def enqueue(self, item):
        self.items.append(item)
 
 #出队操作
    def dequeue(self):
        return self.items.pop(0)
 
  #判断队是否为空
    def empty(self):
        return self.size() == 0
 
 #返回队中元素个数
    def size(self):
        return len(self.items)

4.应用

著名的 约瑟夫斯问题（Josephus Problem）是应用队列（确切地说，是循环队列）的典型案例。在 约瑟夫斯问题中，参与者围成一个圆圈，从某个人（队首）开始报数，报数到n+1的人退出圆圈，然后从退出人的下一位重新开始报数；重复以上动作，直到只剩下一个人为止。

 

值得注意的是，Queue类只实现了简单队列，上述问题实际上需要用循环队列来解决。在报数过程中，通过“将（从队首）出队的人再入队（到队尾）”来模拟循环队列的行为。具体代码如下：

#!/usr/bin/envpython
# -*- coding: utf-8-*-
 
defjosephus(namelist, num):
    simqueue = Queue()
    for name in namelist:
        simqueue.enqueue(name)
       #人名全部压入队
 
    while simqueue.size() > 1:
        for i in xrange(num):             #xrange返回从0开始的num个迭代序列
           simqueue.enqueue(simqueue.dequeue())
        #前N个指定人数依次出队，再依次入队
 
        simqueue.dequeue()
      #第N+1个出队
 
    return simqueue.dequeue()
  #返回第N+1个出队的人名
 
if __name__ =='__main__':
    print(josephus(["Bill","David", "Kent", "Jane", "Susan","Brad"], 3))

运行结果：

$ python josephus.py

Susan