基于PyQt5的图形化界面开发——队列动画演示

0. 前言

本文使用PyQt5制作图形化界面演示数据结构中的队列操作，与上一节队列动画相对应
基于PyQt5的图形化界面开发——队列动画演示

操作系统：Windows10 专业版

开发环境：Pycahrm Comunity 2022.3

Python解释器版本：Python3.8

第三方库：PyQt5

1. 了解队列

队列（Queue）是一种常用的数据结构，类似于现实生活中的排队，是一种先进先出（First In，First Out）的数据结构，即最先进入队列的元素最先出队。

队列具有以下几个基本操作：

• enqueue: 入队，将一个元素添加到队尾
• dequeue: 出队，从队头移除一个元素，并返回这个元素的值
• front: 队头，获取队头的元素值，但不将其移除
• is_empty: 判断队列是否为空

队列可以使用数组或链表来实现。使用数组实现队列需要考虑到如何动态扩容，而链表实现则需要注意在队尾进行操作，否则操作的时间复杂度将变为 O(n)。

队列在很多场景中都得到了广泛应用，比如现实中的排队、计算机中的进程调度、网络中的数据传输等等。例如，当你使用计算机浏览网页时，网络数据被保存在队列中，一个请求还没有处理完毕时，其他的请求需要等待它前面的请求先完成，这就是队列的应用之一。

例如：
生活中排队买票是队列的一个常见例子。

假设你要去银行柜台排队取钱，如果前面没有人，你就可以直接到柜台取钱，而如果前面有人，你就必须排队等待。

如果你排在排队的最后，那么你需要等待所有其他人先取完钱后才能取钱，即先进入排队的人先取完钱后才轮到你。这就是队列的先进先出原则，即最先进入队列的元素最先出队。

这种情形也常用在电影院和公共汽车站中。在电影院中，你需要排队买票，然后按照先进先出的原则依次进入电影院；在公共汽车站中，你需要排队等车，车到后按照先进先出的原则上车。

在计算机中，进程调度和消息队列也应用了队列的先进先出原则。例如，当计算机向一个进程发送多个消息时，该进程会按照先进先出的原则依次处理每一个消息，这就是队列的应用之一。

堆栈特性为后进先出，也叫LIFO（Last In First Out）；那么队列的特性与之对应为先进先出，又叫FIFO（First In First Out）。

2. 代码实现

from PyQt5.QtWidgets import *
from PyQt5.QtGui import *
from PyQt5.QtCore import *
import sys


class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = None


class Queue:
    def __init__(self):
        self.head = None
        self.tail = None

    def enqueue(self, data):
        new_node = Node(data)
        if self.tail is None:
            self.head = new_node
            self.tail = new_node
        else:
            self.tail.next = new_node
            self.tail = new_node

    def dequeue(self):
        if self.head is not None:
            data = self.head.data
            self.head = self.head.next
            if self.head is None:
                self.tail = None
            return data
        else:
            return None

    def front(self):
        if self.head is not None:
            return self.head.data
        else:
            return None

    def is_empty(self):
        return self.head is None

    def display(self, scene):
        pen = QPen(QColor(0, 255, 0))
        font = QFont("Arial", 10)
        y = 100
        current_node = self.head
        while current_node is not None:
            # Draw node rectangle
            scene.addRect(50, y, 50, 50, pen)
            # Draw node text
            text = scene.addText(str(current_node.data), font)
            text.setDefaultTextColor(QColor(255, 255, 255))
            text.setPos(70, y + 10)
            current_node = current_node.next
            y += 70


class MainWindow(QMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.setWindowTitle("Queue Demo")
        self.setFixedSize(500, 500)

        self.scene = QGraphicsScene(self)
        self.view = QGraphicsView(self.scene, self)
        self.view.setGeometry(0, 0, 500, 500)

        self.queue = Queue()
        self.queue.enqueue(10)
        self.queue.enqueue(20)
        self.queue.enqueue(30)

        self.queue.display(self.scene)

        # Add UI elements
        enqueue_button = QPushButton("Enqueue", self)
        enqueue_button.move(10, 10)
        enqueue_button.clicked.connect(self.handle_enqueue)

        dequeue_button = QPushButton("Dequeue", self)
        dequeue_button.move(10, 40)
        dequeue_button.clicked.connect(self.handle_dequeue)

        front_button = QPushButton("Front", self)
        front_button.move(10, 70)
        front_button.clicked.connect(self.handle_front)

        clear_button = QPushButton("Clear", self)
        clear_button.move(10, 100)
        clear_button.clicked.connect(self.handle_clear)

        self.data_edit = QLineEdit(self)
        self.data_edit.move(100, 10)

    def handle_enqueue(self):
        data = self.data_edit.text()
        if data != "":
            self.queue.enqueue(data)
            self.scene.clear()
            self.queue.display(self.scene)

    def handle_dequeue(self):
        data = self.queue.dequeue()
        if data is not None:
            QMessageBox.information(self, "Dequeue", "Dequeued value: " + str(data))
            self.scene.clear()
            self.queue.display(self.scene)
        else:
            QMessageBox.warning(self, "Dequeue", "Queue is empty")

    def handle_front(self):
        data = self.queue.front()
        if data is not None:
            QMessageBox.information(self, "Front", "Front value: " + str(data))
        else:
            QMessageBox.warning(self, "Front", "Queue is empty")

    def handle_clear(self):
        self.queue = Queue()
        self.scene.clear()


if __name__ == "__main__":
    app = QApplication(sys.argv)
    window = MainWindow()
    window.show()
    sys.exit(app.exec_())

3. 效果演示

还是初始化后存有三个元素，你可以使用最后一个按钮Clear给它清空

清空了所有元素：

然后入队两个元素，分别是1和2：

现在我们进行队首元素查询，这个操作不应该让元素出队，并且应该遵循先进先出的原则，应该查询到1，演示效果的确如此：

现在出队两次，那么就又回到了初始的转态，即空队，现在再进行出队会怎么样呢？

收到了提示队列为空：

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