图文结合、利于理解的数据结构学习笔记（1）——栈、队列和双端队列

机械工业出版社《数据结构与算法——Python语言实现》学习笔记。

1 栈（数据先入后出）

从形式上而言，栈是一种支持以下两种操作的抽象数据类型（ADT），用S表示这一ADT实例：

• S.push(e)：将一个元素e添加到栈S的栈顶。
• S.pop(e)：从栈S中移除并且返回栈顶的元素，如果此时栈是空的，这个操作将出错。
  此外，为了方便，定义了以下访问方法：
• S.top()：在不移除栈顶元素的前提下，返回一个栈S的栈顶元素；若栈为空，这个操作会出错。
• S.is_empty()：如果栈中不包含任何元素，则返回一个布尔值True。
• len(S)：返回栈S中元素的数量。

1.1 Python实现

使用List实现
使用链表实现（效率更高）

2 队列和双端队列

2.1 队列（数据先入先出）

队列的抽象数据类型（ADT）支持如下两个基本方法：

• Q.enqueue(e):向队列Q的队尾添加一个元素。
• Q.dequeue():从队列Q中移除并返回第一个元素，如果队列为空，则触发一个错误。
  还包括如下方法：
• Q.frist():在不移除的前提下返回队列的第一个元素；如队列为空则触发错误。
• Q.is_empty():如果队列Q没有包含任何元素则返回布尔值True。
• len(Q):返回队列Q中元素的数量。

2.2 双端队列

• D.add_first(e):向双端队列的前面添加一个元素。

• D.add_last(e):向双端队列的后面添加一个元素。

• D.delete_first():从双端队列中移除并返回第一个元素，如果双端队列为空，则触发一个错误。

• D.delete_first():从双端队列中移除并返回最后一个元素，如果双端队列为空，则触发一个错误。
  还包括如下方法：

• D.frist():在不移除的前提下返回双端队列的第一个元素；如双端队列为空则触发错误。

• D.last():在不移除的前提下返回双端队列的最后一个元素；如双端队列为空则触发错误。

• D.is_empty():如果双端队列没有包含任何元素则返回布尔值True。

• len(D):返回双端队列中元素的数量。

2.3 Python实现

使用collections.deque类

双端队列ADT	collections.deque	描述
len(D)	len(D)	元素数量
D.add_first(e)	D.appendleft()	加到开头
D.add_last(e)	D.append()	加到结尾
D.delete_first()	D.popleft()	从开头移除
D.delete_first()	D.pop()	从结尾移除
D.frist()	D[0]	访问第一个元素
D.last()	D[-1]	访问最后一个元素
	D[j]	通过索引访问任意一项
	D[j] = val	通过索引修改任意一项
	D.clear()	清除所有内容
	D.rotate(k)	循环右移k步
	D.remove(e)	移除第一个匹配的元素
	D.count(e)	统计对e匹配的数量

也可使用双向链表实现
此外，使用collections.deque类还可以实现定长双端队列