python演算法與資料結構-佇列(44)

Se7eN_HOU發表於2019-07-04
Python演算法資料結構佇列

一、佇列的介紹

　　佇列的定義：佇列是一種特殊的線性表，只允許在表的頭部（front處）進行刪除操作，在表的尾部（rear處）進行插入操作的線性資料結構，這種結構就叫做佇列。進行插入操作的一端稱為隊尾，進行刪除操作的一端稱為隊尾。

　　佇列的型別：鏈式佇列，即用連結串列實現的佇列。靜態佇列：即用陣列實現的佇列。

　　佇列的特性：

    • 在隊尾插入元素，在隊首刪除元素。
    • FIFO（先進先出），就向排隊取票一樣。

二、佇列的python程式碼實現

class Queue(object):
    def __init__(self):
        print("===建立佇列===")
        self.element = []
        
    def inQueue(self,num):
        self.element.append(num)
        print("%d進入佇列"%num,end=" ")
        
    def is_empty(self):
        if len(self.element)==0:
            return True
        else:
            return False
        
    def outQueue(self):
        if self.is_empty()==True:
            print("你要刪除的佇列為空")
            return
        else:
            num = self.element[0]
            print("%d要出佇列"%num,end=" ")
            self.element.pop(0)
            
    def length(self):
        return len(self.element)
    
    def travel(self):
        if self.is_empty()==True:
            print("你要遍歷的佇列為空")
            return
        else:
            print("你要遍歷的佇列元素有：",end=" ")
            for i in range(0,self.length()):
                print("%d "%self.element[i],end=" ")
            print("\n")

def main():
    q = Queue()
    print("===驗證空佇列===")
    q.travel()
    print("===往佇列中新增資料===")
    q.inQueue(1)
    q.travel()
    q.inQueue(2)
    q.inQueue(3)
    q.inQueue(4)
    q.inQueue(5)
    q.travel()
    print("===驗證出佇列===")
    q.outQueue()
    q.travel()
    q.outQueue()
    q.travel()

if __name__ == '__main__':
    main()

執行結果為：

===建立佇列===
===驗證空佇列===
你要遍歷的佇列為空
===往佇列中新增資料===
1進入佇列 你要遍歷的佇列元素有： 1  

2進入佇列 3進入佇列 4進入佇列 5進入佇列 你要遍歷的佇列元素有： 1  2  3  4  5  

===驗證出佇列===
1要出佇列 你要遍歷的佇列元素有： 2  3  4  5  

2要出佇列 你要遍歷的佇列元素有： 3  4  5

三、佇列的C語言程式碼實現

//  main.m
//  佇列
//  Created by 侯壘 on 2019/7/3.
//  Copyright © 2019 可愛的侯老師. All rights reserved.

#include<stdio.h>

#define SIZE 20
typedef struct Q
{
    int array[SIZE];
    int front;
    int rear;
    int length;
}Queue;

void createQueue(Queue *q)
{
    q->front = 0;
    q->rear = -1;
    q->length = 0;
    printf("建立佇列成功\n");
}

void inQueue(Queue *q,int num)
{
    if (q->length >= SIZE)
    {
        printf("該佇列已經滿了\n");
    }
    else
    {
        q->rear = q->rear+1;
        q->array[q->rear] = num;
        q->length++;
        printf("%d進入佇列\n",num);
    }
}

void outQueue(Queue *q)
{
    if (q->length <= 0)
    {
        printf("這是一個空佇列");
    }
    else
    {
        int num = q->array[q->front];
        printf("%d出佇列 ",num);
        q->front = q->front+1;
        q->length--;
    }
}

void travel(Queue *q)
{
    if (q->length <= 0)
    {
        printf("這是一個空佇列\n");
    }
    else
    {
        printf("你遍歷的佇列裡面的資料有：");
        for (int i=q->front; i<q->rear+1; i++)
        {
            printf(" %d ",q->array[i]);
        }
        printf("\n");
    }
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    Queue q;
    createQueue(&q);
    travel(&q);
    inQueue(&q, 1);
    inQueue(&q, 2);
    inQueue(&q, 3);
    inQueue(&q, 4);
    inQueue(&q, 5);
    inQueue(&q, 6);
    travel(&q);
    outQueue(&q);
    travel(&q);
    outQueue(&q);
    travel(&q);
    outQueue(&q);
    travel(&q);
    
    return 0;
}

執行結果為：

建立佇列成功
這是一個空佇列
1進入佇列
2進入佇列
3進入佇列
4進入佇列
5進入佇列
6進入佇列
你遍歷的佇列裡面的資料有： 1  2  3  4  5  6 
1出佇列 你遍歷的佇列裡面的資料有： 2  3  4  5  6 
2出佇列 你遍歷的佇列裡面的資料有： 3  4  5  6 
3出佇列 你遍歷的佇列裡面的資料有： 4  5  6

四、雙端佇列

雙端佇列（deque，全名double-ended queue），是一種具有佇列和棧的性質的資料結構。

雙端佇列中的元素可以從兩端彈出，其限定插入和刪除操作在表的兩端進行。雙端佇列可以在佇列任意一端入隊和出隊。 

　　

雙端佇列的常用操作

  • Deque() 建立一個空的雙端佇列
  • add_front(item) 從隊頭加入一個item元素
  • add_rear(item) 從隊尾加入一個item元素
  • remove_front() 從隊頭刪除一個item元素
  • remove_rear() 從隊尾刪除一個item元素
  • is_empty() 判斷雙端佇列是否為空
  • size() 返回佇列的大小

五、雙端佇列的python程式碼實現

class Deque(object):
    """雙端佇列"""
    def __init__(self):
        self.items = []
        print("初始化雙端佇列")

    def is_empty(self):
        """判斷佇列是否為空"""
        return self.items == []

    def add_front(self, item):
        """在隊頭新增元素"""
        print("%d在隊首進入佇列"%item)
        self.items.insert(0,item)

    def add_rear(self, item):
        """在隊尾新增元素"""
        print("%d在隊尾進入佇列"%item)
        self.items.append(item)

    def remove_front(self):
        """從隊頭刪除元素"""
        item = self.items[0]
        print("%d從隊首出佇列"%item)
        return self.items.pop(0)

    def remove_rear(self):
        """從隊尾刪除元素"""
        print("%d從隊尾出佇列"%self.items[len(self.items)-1])
        return self.items.pop()

    def size(self):
        """返回佇列大小"""
        return len(self.items)
    
    def travel(self):
        if len(self.items)==0:
            print("你要遍歷的佇列是空佇列")
        else:
            print("你要遍歷的佇列元素有：",end=" ")
            for i in range(0,len(self.items)):
                print("%d "%self.items[i],end=" ")
            print("\n")


if __name__ == "__main__":
    deque = Deque()
    deque.add_front(1)
    deque.add_front(2)
    deque.add_rear(3)
    deque.add_rear(4)
    deque.travel()
    print("佇列長度為：%d\n"%deque.size())
    deque.remove_front()
    deque.travel()
    deque.remove_front()
    deque.travel()
    deque.remove_rear()
    deque.travel()
    deque.remove_rear()
    deque.travel()

執行結果為：

初始化雙端佇列
1在隊首進入佇列
2在隊首進入佇列
3在隊尾進入佇列
4在隊尾進入佇列
你要遍歷的佇列元素有： 2  1  3  4  

佇列長度為：4

2從隊首出佇列
你要遍歷的佇列元素有： 1  3  4  

1從隊首出佇列
你要遍歷的佇列元素有： 3  4  

4從隊尾出佇列
你要遍歷的佇列元素有： 3  

3從隊尾出佇列
你要遍歷的佇列是空佇列

六、雙端佇列的C語言程式碼實現

//  main.m
//  雙端佇列
//  Created by 侯壘 on 2019/7/4.
//  Copyright © 2019 可愛的侯老師. All rights reserved.
#include<stdio.h>

// 建立佇列的節點結構體
typedef struct N
{
    int num;
    struct N *next;
}Node;

// 建立節點
Node * createNode(int num)
{
    
    Node *node = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    node->num = num;
    node->next = NULL;
    return node;
}

// 建立雙端佇列
Node * createDeQue()
{
    printf("初始化佇列\n");
    Node *head = NULL;
    return head;
}

// 判斷是否為空
int is_empty(Node *head)
{
    if (head == NULL)
    {
        return 1;
    }
    else
    {
        return 0;
    }
}

// 求雙向佇列的長度
int length(Node *head)
{
    Node *current = head;
    if (is_empty(head))
    {
        return 0;
    }
    int count = 1;
    while (current->next!=NULL)
    {
        count++;
        current = current->next;
    }
    return count;
}

// 頭部插入
Node *add_front(Node *head, int num)
{
    Node *node = createNode(num);
    Node *current = head;
    if (is_empty(head)==1)
    {
        head = node;
    }
    else
    {
        node->next = head;
        head = node;
    }
    printf("%d從佇列頭部進入佇列\n",num);
    return head;
}

// 尾部插入
Node *add_rear(Node *head,int num)
{
    Node *node = createNode(num);
    if (is_empty(head)==1)
    {
        head = add_front(head, num);
    }
    else
    {
        Node *current = head;
        while (current->next != NULL)
        {
            current = current->next;
        }
        current->next = node;
    }
    printf("%d從尾部進入佇列\n",num);
    return head;
}

// 頭部刪除
Node *remove_front(Node *head)
{
    if (is_empty(head) == 1)
    {
        printf("這是一個空佇列");
        return head;
    }
    else
    {
        
        int num = head->num;
        //head->next = head->next->next;
        printf("%d從佇列頭部出佇列\n",num);
        head = head->next;
        return head;
    }
}

// 尾部刪除
Node *remove_rear(Node *head)
{
    if (is_empty(head) == 1)
    {
        printf("這是一個空佇列");
        return head;
    }
    else if (length(head) == 1)
    {
         head = remove_front(head);
         return head;
    }
    else
    {
        Node *current = head;
        for (int i=0; i<length(head)-2; i++)
        {
            current = current->next;
        }
        printf("%d從佇列尾部出佇列\n",current->next->num);
        current->next = NULL;
        return head;
    }
}

// 遍歷
void travel(Node *head)
{
    if (is_empty(head) == 1)
    {
        printf("你遍歷的佇列為空\n");
    }
    else
    {
        printf("你要遍歷的佇列元素有：");
        Node *current = head;
        //printf("%d ",current->num);
        for (int i = 0; i<length(head); i++)
        {
            printf("%d ",current->num);
            current = current->next;
        }
        printf("\n");
    }
}

int main(int argc, const char * argv[])
{
    Node *head = createDeQue();
    head = add_front(head, 1);
    travel(head);
    head = add_front(head, 2);
    travel(head);
    head = add_rear(head, 3);
    travel(head);
    head = add_rear(head, 4);
    travel(head);
    
    int  len = length(head);
    printf("現在佇列的長度為%d\n",len);
    
    head = remove_front(head);
    travel(head);
    head = remove_front(head);
    travel(head);
    len = length(head);
    printf("現在佇列的長度為%d\n",len);
    head = remove_rear(head);
    travel(head);
    head = remove_rear(head);
    travel(head);
   
    return 0;
}

執行結果為：

初始化佇列
1從佇列頭部進入佇列
你要遍歷的佇列元素有：1 
2從佇列頭部進入佇列
你要遍歷的佇列元素有：2 1 
3從尾部進入佇列
你要遍歷的佇列元素有：2 1 3 
4從尾部進入佇列
你要遍歷的佇列元素有：2 1 3 4 
現在佇列的長度為4
2從佇列頭部出佇列
你要遍歷的佇列元素有：1 3 4 
1從佇列頭部出佇列
你要遍歷的佇列元素有：3 4 
現在佇列的長度為2
4從佇列尾部出佇列
你要遍歷的佇列元素有：3 
3從佇列頭部出佇列
你遍歷的佇列為空

 

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