栈与队列

栈

栈（stack），有些地方称为堆栈，是一种容器，可存入数据元素、访问元素、删除元素，它的特点在于只能允许在容器的一端（称为栈顶端指标，英语：top）进行加入数据（英语：push）和输出数据（英语：pop）的运算。没有了位置概念，保证任何时候可以访问、删除的元素都是此前最后存入的那个元素，确定了一种默认的访问顺序。
由于栈数据结构只允许在一端进行操作，因而按照后进先出（LIFO, Last In First Out）的原理运作。

栈结构实现

栈可以用顺序表实现，也可以用链表实现。

栈的操作

• Stack() 创建一个新的空栈
• push(item) 添加一个新的元素item到栈顶
• pop() 弹出栈顶元素
• peek() 返回栈顶元素
• is_empty() 判断栈是否为空
• size() 返回栈的元素个数

线性表都可以用来实现栈，栈只是一个容器，这里我们就用简单的顺序表来实现栈，python中的顺序表有哪几种呢，我们直接用list来实现吧。

class Stack(object):
    '''栈'''
    def __init__(self):
        self.__list = []#首先建立这个容器
    def push(self,item):
    #添加一个新的元素item到栈顶，也就是压栈
        return self.__list.append(item)
    def pop(self):
    #弹出栈顶元素
        return self.__list.pop()
    def peek(self):
    #返回栈顶元素
        if self.__list:
            return self.__list[-1]
        else:
            return None
    def is_empty(self):
    #判断栈是否为空
        return self.__list == []
    def size(self):
        return len(self.__list)

if __name__ == '__main__':
    s = Stack()
    s.push(1)
    s.push(2)
    s.push(3)
    s.push(4)
    print(s.size())
    print(s.peek())
    print(s.pop())
    print(s.pop())
    print(s.pop())
    print(s.pop())

为什么我们使用从尾部取元素和压栈呢，因为尾部的时间复杂度为O(1)，而如果是从头部进行取元素和压栈，所需要的时间复杂度就是O(n)。

输出如下：

4
4
4
3
2
1

说完了这个，说一下队列的问题。

队列

队列（queue）是只允许在一端进行插入操作，而在另一端进行删除操作的线性表。

队列是一种先进先出的（First In First Out）的线性表，简称FIFO。允许插入的一端为队尾，允许删除的一端为队头。队列不允许在中间部位进行操作！假设队列是q=（A1，A2，……，An），那么A1就是队头元素，而An是队尾元素。这样我们就可以删除时，总是从A1开始，而插入时，总是在队列最后。这也比较符合我们通常生活中的习惯，排在第一个的优先出列，最后来的当然排在队伍最后。

队列的实现

同栈一样，队列也可以用顺序表或者链表实现。

操作

• Queue() 创建一个空的队列
• enqueue(item) 往队列中添加一个item元素
• dequeue() 从队列头部删除一个元素
• is_empty() 判断一个队列是否为空
• size() 返回队列的大小

class Queue(object):
    '''队列'''
    def __init__(self):
        self.__list = []
    def enqueue(self,item):
        '''往队列中添加一个item元素'''
        return self.__list.append(item)
        #return self.__list.insert(0,item)

    def dequeue(self):
        '''从队列头部删除一个元素'''
        return self.__list.pop(0)
        #return self.__list.pop() pop()没参数默认是队尾

    def is_empty(self):
        '''判断一个队列是否为空'''
        return self.__list == []

    def size(self):
        '''返回队列的大小'''
        return len(self.__list)

if __name__ == '__main__':
    s = Queue()
    s.enqueue(1)
    s.enqueue(2)
    s.enqueue(3)
    s.enqueue(4)
    print('*'*20)
    print(s.dequeue())
    print(s.dequeue())
    print(s.dequeue())
    print(s.dequeue())

因为涉及到两个通道，一头压栈，一头出栈，所以总会有一头的时间复杂度是O(n)，一个是O(1)。
输出结果如下：

********************
1
2
3
4

双端队列

双端队列（deque，全名double-ended queue），是一种具有队列和栈的性质的数据结构。

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表的两端进行。双端队列可以在队列任意一端入队和出队。