Python数据结构之栈和队列的实现(详细无敌版！！！！)

容器数据结构的理解

在常用的数据结构中，有一批结构被称为容器，一个容器结构里总包含一组其它类型的数据对象，称为其元素，支持对这些元素的存储、管理和使用。一类容器具有相同性质，支持同一组操作，可以被定义为一个抽象的数据类型
最常用的数据容器即为：栈(stack)和队列(queue)

栈和栈的实现

定义

       •先进后出，后进先出，并且只能在栈顶进出
       •栈是一种“操作受限”的线性表，只允许在一端插入和删除数据元素，在满足先进后出、后进先出的特性时，应该使用栈
如图所示：

实现

用顺序表实现的栈成为顺序栈，用链表实现的栈叫做链式栈。
顺序栈的实现相对简单，因为对于栈的操作可以通过对顺序表的操作方法实现，不用自己定义，直接调用即可，相对简单
栈相当于一个类，实现栈的过程为方法，具体操作有判空操作、添加元素操作、弹出栈顶元素操作、返回栈顶元素操作、求栈长度操作、遍历操作等等，实现如下：

class Stack(object):
    """栈，使用顺序表实现"""

    def __init__(self):
        """定义空栈"""
        self.__items = []

    def is_empty(self):
        """判断栈是否为空"""
        return self.__items == []

    def push(self, item):
        """添加一个新元素item到栈顶"""
        self.__items.append(item)

    def pop(self):
        """弹出栈顶元素，有返回值"""
        return self.__items.pop()

    def peek(self):
        """返回栈顶元素，有返回值"""
        # 判断栈是否为空
        if self.is_empty():
            return None
        else:
            return self.__items[-1]

    def size(self):
        """返回栈中的元素个数"""
        return len(self.__items)

    def travel(self):
        """遍历栈中的元素"""
        for item in self.__items:
            print(item)


if __name__ == '__main__':
    s = Stack()
    s.push(7)
    s.push(8)
    s.push(9)
    s.pop()
    print(s.size())
    print(s.is_empty())
    print(s.peek())
    s.travel()

测试结果如下：

2
False
8
7
8

栈的简单应用

浏览器的前进后退：
当你依次访问完一串页面a-b-c之后，点击浏览器的后退按钮，就可以查看之前浏览过的页面b和a。当你后退到页面a，点击前进按钮，就可以重新查看页面b和c。但是，如果你后退到页面b后，点击了新的页面d，那就无法再通过前进、后退功能查看页面c了

队列和队列的实现

定义

1.定义
特点：先进者先出。
操作：
入队enqueue：放一个数据到队列尾部
出队dequeue：从队列头部取一个元素
队列也是一种操作受限制的线性表数据结构
包括一些额外特性的队列，比如循环队列、阻塞队列、并发队列等，在很多偏底层系统、框架、中间件的开发中起着关键作用

队列的实现

队列的实现也是使用顺序表list来实现，相关操作与list的操作相关，队列相当于一个类，实现队列的过程为方法，具体操作有判空操作、添加元素操作、弹出元素操作、求队列长度操作、遍历操作等等，实现如下：

class Queue(object):
    def __init__(self):
        """初始化，即定义一个空队列"""
        self.__items = []

    def is_empty(self):
        """判空操作，判断队列是否为空"""
        return self.__items == []

    def enqueue(self, item):
        """向队列中添加新元素"""
        self.__items.append(item)

    def dequeue(self):
        """返回队列中的第一个元素"""
        return self.__items.pop(0)

    def size(self):
        """返回队列中的元素个数"""
        return len(self.__items)

    def travel(self):
        """遍历队列中的元素"""
        for item in self.__items:
            print(item)


if __name__ == '__main__':
    q = Queue()
    print(q.is_empty())
    q.enqueue(7)
    q.enqueue(8)
    q.enqueue(9)
    print(q.is_empty())
    print(q.size())
    print(q.dequeue())
    q.dequeue()
    q.travel()

实现结果如下：

True
False
3
7
9

双端队列及其实现

全名double-ended-queue，一种具有队列和栈的性质的特殊的数据结构
结构如图所示：

元素可以从两端弹出，其限定插入和删除操作在队列的两端进行，可以在队列任意一端入队和出队
实现如下：

class Dequeue(object):
    """初始化队列"""

    def __init__(self):
        self.__items = []

    def is_empty(self):
        """判断队列是否为空"""
        return self.__items == []

    def size(self):
        """返回队列中元素个数"""
        return len(self.__items)

    def add_front(self, item):
        """从队头添加一个新元素item"""
        self.__items.insert(0, item)

    def add_rear(self, item):
        """从队尾添加一个新元素item"""
        self.__items.append(item)

    def remove_front(self):
        """从队头删除一个元素"""
        return self.__items.pop(0)

    def remove_rear(self):
        """从队尾删除一个元素"""
        return self.__items.pop()

    def travel(self):
        """从队头遍历队列"""
        for item in self.__items:
            print(item)


if __name__ == '__main__':
    d = Dequeue()
    print(d.is_empty())
    d.add_front(7)
    d.add_front(8)
    d.add_rear(9)
    d.travel()
    d.remove_front()
    d.travel()
    print(d.size())

实现结果如下：

True
8
7
9
7
9
2

阻塞队列

input()函数调用时等待输入，即为阻塞
       阻塞队列在队列基础上增加了阻塞操作：
              •在队列为空的的时候，从队头取数据会被阻塞，因为此时还没有数据可取，直到队列中有了数据才能返回
              •如果队列已经满了，那么插入数据的操作就会被阻塞，直到队列中有空闲位置后再插入数据，然后再返回
              应用：CPU资源分配
              •CPU资源是有限的，任务的处理速度与线程个数并不是线性正相关。相反，过多的线程反而会导致CPU频繁切换，处理性能下降。所以，线程池的大小一般都是综合考虑要处理任务的特点和硬件环境，来事先设置的
              •如果采用链表：无限排队的无界队列 响应时间，比较敏感不合适
              •如果采用顺序表：有界的队列 如果超过 直接拒绝 响应时间 敏感比较合适