python数据结构——栈、队列

• 链表或者顺序表的使用场景：
• • 当数据需要后进先出，来构建栈或者先进先出，构建队列时
• • 栈或者队列之内的数据可以以顺序表或者链表的方式进行存储
• python内置的数据结构中：
• • 列表，字符串，元组都是线性结构，因为其是有序的，可以使用索引获取
• • 字典和set是非线性结构，都可通过for in 结构进行遍历，字典中的value可通过key拿到，set只能通过遍历查看
• • set中的元素会去重，可以将其理解为不重复，无序不可索引取值的列表
• • 元组不可变，可作为set中的元素，set中的元素必须可hash，即地址不可变，例如str，int，float，tuple， bytes，布尔类型等 ，不能是列表，字典和set
• python中内置的数据结构只有上面集中，如果需要用到链表，堆栈，队列，树和图，都需要自己自定义实现方式

栈

• 栈是一种容器，可存储数据元素，访问元素，删除元素
• 它的特点在于只能允许在容器中的一端（即栈顶）进行加入数据和输出数据的运算
• 没有了位置概念，保证任何时候可以访问，删除元素都是此前最后存储的那个元素， 确定了一种默认访问的顺序
• 由于栈数据和结构只允许一端进行操作，因此按照后进先出的原理进行操作
  

栈的操作

• 栈可以用顺序表来实现，也可以用链表来实现
• 栈的操作有：
• • 创建一个空栈
• • 添加一个元素进入栈
• • 弹出栈元素
• • 返回栈顶元素，但是元素不能出栈
• • 确认栈是否为空
• • 返回栈内的元素个数
• 为了方便，可以使用顺序表——列表（list）来实现
• 代码实现方式：

class StackData():
    ''' 栈，使用顺序表时，压栈和出栈使用尾部，
    原因是时间复杂度比较小
    如果使用链表的方式，压栈和出栈使用头部，
    这样时间复杂度比较小，只需要改指针即可'''
    def __init__(self):
        self.__list = []#加双杠表示私有，不对外

    def push(self,item):
        '''
        压栈，从列表的尾部添加，也从列表的尾部去取值
        :param item:存储栈内的数据
        '''
        self.__list.append(item)
    def pop(self):
        '''
        出栈,从列表的尾部弹出元素
        '''
        d_data= self.__list.pop()
        return d_data
    def peek(self):
        '''
        确认栈顶元素，不出栈，返回列表最后一个元素
        :return:返回列表最顶端的元素
        '''
        if self.__list:
            return self.__list[-1]
        else:#空列表，无元素，返回None
            return None
    def is_empty(self):
        '''
        确认栈是否为空,计算列比啊长素是否为0
        :return:
        '''
        return  self.__list==[]
    def size(self):
        '''
        确认栈内元素的个数，直接计算列表长度
        :return:列表的长度
        '''
        return  len(self.__list)
if __name__ == '__main__':
    s= StackData()
    print("是否为空",s.is_empty())
    print("长度", s.size())
    s.push(15)
    s.push(100)
    s.push("haha")
    s.push(0)
    print("长度", s.size())
    print("最后一个元素",s.peek())
    print("弹出第1个元素",s.pop())
    print("长度", s.size())
    print("弹出第2个元素",s.pop())
    print("弹出第3个元素",s.pop())
    print("弹出第4个元素",s.pop())
    **********************run_redult***************
是否为空 True
长度 0
长度 4
最后一个元素 0
弹出第1个元素 0
长度 3
弹出第2个元素 haha
弹出第3个元素 100
弹出第4个元素 15

队列

单端队列

• 队列是只允许在一端进行插入操作，而在另一段进行删除操作的线性表
• 队列是一种先进先出的线性表，允许插入的一端是队尾，允许删除的一端是队头
• 队列不允许在中间部位进行操作，删除总从队头开始，插入从队尾开始，就像排队一样

操作

• 在队列中，需要实现的操作有：
• • 创建一个空的队列
• • 在队列中添加一个元素
• • 从队列头部删除一个元素
• • 确认队列是否为空
• • 队列中元素的个数
• 代码实现方式如下：

class QueueData():

    def __init__(self):
        ''' 构造函数,添加元素如果尾部添加，就头部出（使用顺序表），出n入1
        如果头部添加就尾部入（使用链表）出1入n，使用哪种方式，确认入队多还是出队多'''
        self.__list = []  # 加双杠表示私有，不对外

    def enqueue(self,item):
        ''' 添加元素'''
        self.__list.append(item)

    def dequeue(self):
        ''' 删除元素，0 代表index，即头部元素'''
        return self.__list.pop(0)

    def is_empty(self):
        ''' 判断是否为空，如果self.__list=[]，
        return为false，加上not取反，return的为True'''
        return not self.__list

    def size(self):
        ''' 获取队列长度'''
        return len(self.__list)

if __name__ == '__main__':
    q = QueueData()
    print("是否为空",q.is_empty())
    print("len", q.size())
    q.enqueue(11)
    q.enqueue(100)
    q.enqueue("dhudf")
    print("是否为空",q.is_empty())
    print("len:", q.size())
    print("出队第1个元素",q.dequeue())
    print("出队第2个元素", q.dequeue())
    print("出队第3个元素", q.dequeue())
    *****************run_result*************
是否为空 True
len: 0
是否为空 False
len: 3
出队第1个元素 11
出队第2个元素 100
出队第3个元素 dhudf

双端队列

• 双端队列，是一种具有队列和栈性质的数据结构
• 双端队列中的元素可以从两端弹出，其限定插入和删除操作在两端进行
• 双端队列可以在队列任意一端入队和出队

操作

• 创建一个空的两端列表
• 从头部添加一个元素
• 从头部删除一个元素
• 从尾部添加一个元素
• 从尾部删除一个元素
• 确认双端队列是否为空
• 确认队列中元素的个数
• 代码实现方式如下：

class QueueData():

    def __init__(self):
        ''' 构造函数'''
        self.__list = []  # 加双杠表示私有，不对外

    def add_front(self,item):
        ''' 添加元素，头部插入'''
        self.__list.insert(0,item)

    def add_rear(self,item):
        ''' 添加元素，尾部追加'''
        self.__list.append(item)

    def del_front(self):
        ''' 删除元素，0 代表index，即头部元素'''
        return self.__list.pop(0)

    def del_reart(self):
        ''' 删除元素,在尾部删除'''
        return self.__list.pop()

    def is_empty(self):
        ''' 判断是否为空，如果self.__list=[]，
        return为false，加上not取反，return的为True'''
        return not self.__list

    def size(self):
        ''' 获取队列长度'''
        return len(self.__list)

if __name__ == '__main__':
    q = QueueData()
    print("是否为空",q.is_empty())
    print("len", q.size())
    q.add_front(11)
    q.add_rear(100)
    q.add_front("dhudf")
    print("是否为空",q.is_empty())
    print("len", q.size())
    print("出队第1个元素",q.del_front())
    print("出队第1个元素",q.del_reart())