数据结构与算法(3)

1536-林同学

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本节主要讲解的是堆栈与队列。

1. 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。
数据结构与算法(3)

1.1 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

class Stack():
    """栈"""
    def __init__(self):
        self.items = []

    def is_empty(self):
        """判断栈是否为空"""
        return self.items == []
    def push(self,item):
        """添加元素"""
        self.items.append(item)
        """这里需要注意一下,其实栈只要保证在一个方向入栈出栈就可以了,我们选择append队尾入栈,这样时间复杂度低一些"""

    def pop(self):
        """弹出元素"""
        return self.items.pop()
    def peek(self):
        """返回栈顶元素"""
        return  self.items[len(self.items)-1]
    def size(self):
        """返回栈的大小"""
        return len(self.items)


if __name__ == "__main__":
    stack = Stack()
    stack.push("hello")
    stack.push("world")
    stack.push("itcast")
    print( stack.size())
    print( stack.peek())
    print( stack.pop())
    print( stack.pop())
    print( stack.pop())

2. 队列

队列(Queue):是限定只能在表的一端进行插入和在另一端进行删除操作的线性表;
栈(Stack):是限定只能在表的一端进行插入和删除操作的线性表。
区别如下:
一、规则不同

  1. 队列:先进先出(First In First Out)FIFO
  2. 栈:先进后出(First In Last Out )FILO

二、对插入和删除操作的限定不同

  1. 队列:只能在表的一端进行插入,并在表的另一端进行删除;
  2. 栈:只能在表的一端插入和删除。

三、遍历数据速度不同

  1. 队列:基于地址指针进行遍历,而且可以从头部或者尾部进行遍历,但不能同时遍历,无需开辟空间,因为在遍历的过程中不影响数据结构,所以遍历速度要快;
  2. 栈:只能从顶部取数据,也就是说最先进入栈底的,需要遍历整个栈才能取出来,而且在遍历数据的同时需要为数据开辟临时空间,保持数据在遍历前的一致性。

2.1 队列结构的实现

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.items = []

    def is_empty(self):
        return self.items == []

    def enqueue(self, item):
        """进队列"""
        self.items.insert(0,item)

    def dequeue(self):
        """出队列"""
        return self.items.pop()

    def size(self):
        """返回大小"""
        return len(self.items)

if __name__ == "__main__":
    q = Queue()
    q.enqueue("hello")
    q.enqueue("world")
    q.enqueue("itcast")
    print( q.size())
    print( q.dequeue())
    print( q.dequeue())
    print( q.dequeue())

3. 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。
数据结构与算法(3)

3.1 双端队列结构的实现

操作
Deque() 创建一个空的双端队列
add_front(item) 从队头加入一个item元素
add_rear(item) 从队尾加入一个item元素
remove_front() 从队头删除一个item元素
remove_rear() 从队尾删除一个item元素
is_empty() 判断双端队列是否为空
size() 返回队列的大小

class Deque(object):
    """双端队列"""
    def __init__(self):
        self.items = []

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

    def add_front(self, item):
        """在队头添加元素"""
        self.items.insert(0,item)

    def add_rear(self, item):
        """在队尾添加元素"""
        self.items.append(item)

    def remove_front(self):
        """从队头删除元素"""
        return self.items.pop(0)

    def remove_rear(self):
        """从队尾删除元素"""
        return self.items.pop()

    def size(self):
        """返回队列大小"""
        return len(self.items)


if __name__ == "__main__":
    deque = Deque()
    deque.add_front(1)
    deque.add_front(2)
    deque.add_rear(3)
    deque.add_rear(4)
    print( deque.size())
    print( deque.remove_front())
    print( deque.remove_front())
    print( deque.remove_rear())
    print( deque.remove_rear())

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原文地址:《数据结构与算法(3)》 发布于2021-02-18

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