栈式限制在一端进行插入和删除操作的线性表,具有先进后出的特性,如图所示:
顺序栈在初始化时要定义栈的大小。设定 max 为栈的存储元素个数
代码如下:
class SeqStack(object):
def __init__(self, max):
# 顺序栈的最大容量
self.max =max
# 当栈为空时, 栈定指针指向 -1
self.top = -1
# 存储栈元素的数组
self.stack = [None for i in range(self.max)]
如果 self.top 的数值为 -1 ,则表示空战, 返回 True,否则返回 False,代码如下:
def empty(self):
return self.top is -1
代码如下:
def push(self, val):
if self.top == self.max - 1:
raise IndexError('栈已满')
else:
# 将栈顶指针加一
self.top += 1
self.stack[self.top] = val
代码如下:
def pop(self):
if self.empty():
raise IndexError('栈空')
else:
# 此时top指向栈顶元素,存下栈顶元素的值,再将指针下移一个位置
cur = self.stack[self.top]
sef.top -= 1
return cur
代码如下:
def peek(self):
if self.empty():
raise IndexError('栈空!')
else:
return self.stack[self.top]
链栈为栈的链式存储结构,是运算受限的单链表,其插入和删除操作只能在表头位置进行。设链栈头指针为top,初始化top=None。
链栈节点结构与单链表节点结构相同,如图所示:
class Node(object):
def __init__(self, val):
# 节点的数据域
self.val = val
# 节点的指针域
self.next = None
class LinkedStack(object):
def __init__(self):
self.top = None
def empty(self):
return self.top is None
将待插入节点的 next 指针指向栈顶指针所指向的节点,将栈顶指针指向新节点,代码如下:
def push(self, val):
"""
:param val: 入栈元素
"""
newNode = Node(val)
# 新节点的直接后继指向栈顶指针
newNode.next = self.top
# 将栈顶指针指向新节点
self.top = newNode
代码如下:
def pop(self):
"""
:return: 返回栈顶元素
"""
# 如果栈为空,则抛出异常
if self.empty():
raise IndexError('栈为空')
else:
# temp用来存储栈顶元素
temp = self.top
# 指针指向栈顶的下一个元素
setf.top = self.top.next
return temp
def peek(self):
"""
:return : 返回栈顶元素
"""
if self.empty():
raise IndexError('栈为空')
else:
return self.top.val
队列只允许在一端进行插入,在另一端进行删除,具有先进先出的特性。、
在顺序队列中,将元素入队时,只需要在队尾添加一个元素即可。但是,如果将元素出队,则除了将元素从队首删除之外,还需要将其他元素向前移动一个位置。
队列初始化时,规定了队列的最大元素容量为6。 s e l f . f r o n t 、 s e l f . r e a r self.front、self.rear self.front、self.rear均指向下标为0的位置,如图所示:
class SeqQueue(object):
def __init__(self, max):
self.max = max
self.front = 0
self.rear = 0
self.data = [None for i in range(self.max)]
现在向队列中添加3个元素,分别是5、3、7,添加元素后的队列如图所示:
每次插入都是在队尾插入的,也就是rear所在的位置。每次插入完成后rear自增1。现将队列中的所有元素出队,如图所示:
将队列中所有元素出队后,队列的起始位置已经由原本下标为0的位置移动到下标为3的位置了。那么,如果继续按这样入队、出队的形式,是不是到最后会存在这样一种现象—队列中是空的,没有任何元素,却无法继续将元素进队?结果是显而易见的,最后就是会出现这种现象。这种现象叫作假溢出。
为了解决假溢出现象,引入了循环队列的概念。所谓循环队列,就是将队列首尾连接起来。当rear的数值超过数组的最大长度时,先判断front是否在下标为0的位置,如果不在,则将rear指向下标0。
为方便理解,将循环队列表示为一个环形的图,起始时, rear 和 front 指向下标 0 ,如图所示:
现在向队列中添加5个元素,分别是5、3、7、8、4。在循环队列中,添加元素也是在队尾添加的,即rear下标处,如图所示:
从循环队列中删除两个元素,删除元素是在队首删除的,如图所示:
此时,在顺序队列中,当front等于rear时表示队空。但是在循环队列中,很难区分front等于rear时是空队还是满队。
这里的解决方法是保留一个元素空间,当队列满时,还有一个空的位置。由于rear有可能比front大,也有可能比front小,所以尽管相差一个位置,其实有可能是相差一整圈。
若队列的最大容量为max,则队满的条件是(rear+1)%max==front
self.front 指向队首下标,self.rear 指向队尾下标,max 表示队列的最大容量。循环队列初始化代码实现如下:
class CircleQueue(object):
def __init__(self, max):
# 队列最大容量
self.max = max
# 存储队列元素的数组
self.data = [None for i in range(self.max)]
# 队首指针
self.front = 0
# 队尾指针
self.rear = 0
def empty(self):
return self.front == self.rear
def push(self, val):
"""
:param val:待插入的关键字
"""
if (self.rear + 1) % self.max == self.front:
raise IndexError('队满')
# 在队尾插入新的关键字
self.data[self.rear] = val
# 修改队尾指针
self.rerr = (self.rear + 1) % self.max
代码如下:
def pop(self):
if self.empty():
raise IndexError('队空')
# 队列不为空,获取队首元素
cur = self.data[self.front]
# 修改队首指针,指向下一个位置
self.front = (self.front + 1) % self.max
# 返回原队首元素
return cur
代码如下:
def peek(self):
if self.empty():
raise IndexError('队空')
return self.data[self.front]
顺序队列在插入和删除时需要移动大量的元素,因此引入了链式队列。链式队列插入和删除操作方便,不需要移动元素,只需要改变指针的指向即可。
链式队列节点结构与单链表的节点结构一样,队列节点包括一个数据域data和一个指针域 next。节点结构如图所示:
class Node(object):
def __init__(self, data):
self.data = data
self.next = None
class LinkedQueue(object):
def __init__(self):
self.front = None
def empty(self):
return self.front is None
代码如下:
def push(self, val):
new = Node(val)
if self.front == None:
raise IndexError('队空!')
else:
cur = self.front
# 遍历队列
while cur.next != None:
cur = cur.next
# 在队尾插入元素
cur.next = new
判断队列是否为空,若队列为空,则抛出异常,否则删除队首节点,代码实现如下
def pop(self):
if self.empty():
raise IndexError('队空')
else:
cur = self.front
# 将队首指针指向队首节点的后继节点
self.front = self.front.next
return cur
判断队列是否为空,若队列为空,则抛出异常;若队列不为空,则返回队首元素,代码实现如下
def peek(self):
if self.empty():
raise IndexError('队空')
els:
return self.front.data
栈是一种限制只能在栈顶进行插入和删除操作的线性表,具有先进后出的特性,各种运算的时间复杂度均为O(1)。
队列是一种只允许在队尾进行插入、只允许在队首进行删除的线性表,具有先进先出的特性。其插入和删除的时间复杂度均为O(1)。
循环队列就是首尾连接起来的队列。假设存储队列的空间大小为n,则只能存n-1个元素,这是为了方便判断队空与队满。循环队列有如下规定。
① 若队首指针与队尾指针相同,则表示队空。
② 若队头指针在队尾指针的下一个位置,则表示队满。