数据结构编程实践20讲(Python版)—04队列

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04 队列 Queue

S1 说明

队列是一种先进先出（FIFO，First In First Out）的数据结构。数据在队列中的插入操作称为入队（enqueue），而删除操作称为出队（dequeue）。队列的特性和分类如下：

特征

• FIFO：最早进入队列的元素最先被移除。
• 动态大小：队列的大小可以根据需要动态扩展，具体取决于实现方式。
• 两端操作：通常只在队列的前端进行出队操作，在后端进行入队操作。

分类

• 普通队列：基本的FIFO队列。
• 循环队列：为了优化空间使用，使用循环数组实现的队列。
• 双端队列（Deque）：可以在两端进行插入和删除操作。
• 优先队列：根据优先级进行出队的队列，出队的元素不一定是最早入队的元素。

S2 示例

普通队列

（1）基于collections包实现

from collections import deque

queue = deque()
queue.append('A')  # 入队
queue.append('B')  # 入队
print(queue.popleft())  # 出队
print(queue.popleft())  # 出队

结果

A
B

（2）基于python列表实现

class Queue:
    def __init__(self):
        self.queue = []

    def enqueue(self, item):
        self.queue.append(item)
        print(f"入队: {
     item}")

    def dequeue(self):
        if not self.is_empty():
            item = self.queue.pop(0)
            print(f"出队: {
     item}")
            return item
        print("队列为空，无法出队")
        return None

    def is_empty(self):
        return len(self.queue) == 0

    def display(self):
        print("队列内容:", " <- ".join(map(str, self.queue)))


# 示例
q = Queue()
q.enqueue(1)
q.enqueue(2)
q.dequeue()
q.display()

结果

入队: 1
入队: 2
出队: 1
队列内容: 2

循环队列

使用固定大小的数组实现循环队列

class CircularQueue:
    def __init__(self, capacity):
        self.capacity = capacity
        self.queue = [None] * capacity
        self.front = -1
        self.rear = -1

    def is_empty(self):
        return self.front == -1

    def is_full(self):
        return (self.rear + 1) % self.capacity == self.front

    def enqueue(self, item):
        if self.is_full():
            print("队列已满，无法入队")
            return
        if self.is_empty():
            self.front = 0
        self.rear = (self.rear + 1) % self.capacity
        self.queue[self.rear] = item
        print(f"入队: {
     item}")

    def dequeue(self):
        if self.is_empty():
            print("队列为空，无法出队")
            return None
        item = self.queue[self.front]
        if self.front == self.rear:  # 队列只剩一个元素
            self.front = self.rear = -1
        else:
            self.front = (self.front + 1) % self.capacity
        print(f"出队: {
     item}")
        return item

    def display(self):
        if self.is_empty():
            print("队列为空")
            return
        index = self.front
        elements = []
        while True:
            elements.append(str(self.queue[<