线性结构－队列

编译环境：python v3.5.0, mac osx 10.11.4

什么是队列

• 具有一定操作约束的线性表，只能在一端插入，在另一端删除。
• 数据插入（入队列，AddQ），数据删除（DeleteQ）

• 先入先出（FIFO）
  

  如同生活中的排队买票，排在队头的先买票，排在队尾的最后一个最后才能买票。
  

队列的抽象数据类型描述

队列的顺序存储（数组）实现

• 基础实现：由一个数组和两个指针构成，插入元素则是指向后的指针（rear）后移一位，删除元素则把指向前的元素（front）后移一位，当队列为空时两个指针指向同一个位置。(queue.py)
  
  
  
  # -- coding: utf-8 --
  class Queue():
  def init(self, maxSize): # 初始化队列,头和尾都指向-1
  self._front = -1
  self._rear = -1
  self._q = [None] * maxSize
  def addElem(self, element):
  if self._rear == len(self._q)-1: # 如果rear指向了队列的最后一个元素,则队列满了
  print('it is a full queue!')
  else:
  self._rear += 1
  self._q[self._rear] = element
  print('add ' + str(element) + ' in Queue')
  def deleteElem(self): # 删除front指向的元素,并放回被删除的元素
  if self._front == self._rear: # 如果front 和 rear指向同一个元素,则队列为空
  print('it is an empty queue!')
  else:
  self._front += 1
  value = self._q[self._front]
  print('add ' + str(value) + ' in Queue')
  self._q[self._front] = None # 删除元素
  return value
• 顺环队列：显然当上述队列的实现不能充分的利用存储空间，即当每个存储单元只能存储一次元素，当进行delete操作后，就一直空着了。这并不是我们想要的结果，所以为了高效的利用计算机存储空间，我们一般利用顺环队列进行实现。
  
  
  
  实现关键：对front和rear都采用“加一取余”的办法来实现顺序存储的循环利用，且rear和front起始都指向位置0而不是1。(queue.py)
  # -- coding: utf-8 --
  class Queue():
  def init(self, maxSize): # 初始化队列,头和尾都指向0
  self._front = 0
  self._rear = 0
  self._q = [None] * maxSize
  def addElem(self, element):
  if (self._rear + 1) % len(self._q) == self._front: # 对rear进行加一取余数(实现循环利用),但到达最大数时归到起始位置即0,1,2,3,4,0,1,2,3,4依次循环
  print('it is a full queue!')
  else:
  self._q[self._rear] = element
  self._rear = (self._rear + 1) % len(self._q)
  #print(str(self._rear)+'----'+str(self._front))
  print('add ' + str(element) + ' in Queue')
  def deleteElem(self): # 删除front指向的元素,并放回被删除的元素
  if self._front == self._rear: # 如果front 和 rear指向同一个元素,则队列为空
  print('it is an empty queue!')
  else:
  value = self._q[self._front]
  self._q[self._front] = None # 删除元素
  self._front = (self._front + 1) % len(self._q) # 对rear进行加一取余数(实现循环利用),但到达最大数时归到起始位置
  print('delete ' + str(value) + ' out of Queue')return value

队列的链式存储（链表）实现

队列的链式存储结构也可以由单向链表实现。由于删除操作作用在front头，所以front指向头节点。(queue_chain.py)

class Note():
    def __init__(self,value=None,next=None):
        self.value = value
        self.next = next

class queueChain:
    def __init__(self,front=None,rear=None):
        self.front = front # fron指向表头的指针
        self.rear = rear # rear指向表尾的指针

def inQue(queue, value):  # 入队操作
    newNote = Note(value)
    if queue.front is None:  # 链表为空,将front 赋值给表头
        queue.front = queue.rear =  newNote
    else:
        queue.rear.next = newNote
        queue.rear = newNote
    print('add  '+str(value)+' in the queue' )

def outQue(queue): # 出队操作
    if queue.front is None :  # 如果front指向为空,则链表为空
        print('it is an empty queue!')
    else:
        p = queue.front
        element = p.value
        if queue.front == queue.rear:  # 如果前后指针指向一个元素,则全部重置为None
            queue.front = queue.rear = None
        else:
            queue.front = p.next
            del p  # 释放空间
        print('delete  ' + str(element) +'  out of Queue')
        return element

源代码: JacobKam-GitHub

后续内容：

• 线性结构相关算法