Python实现双端队列

Posted 2022-09-15 小斌哥ge

Python实现双端队列

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双端队列的数据存储结构可以是顺序表，也可以是链表，本篇文章使用 Python 来分别实现顺序双端队列和链双端队列。

一、实现顺序双端队列

顺序双端队列是使用顺序表存储数据的双端队列，Python 中的列表元组都属于顺序表，下面使用列表来存储数据，实现顺序双端队列。

# coding=utf-8
class SequenceDoubleQueue(object):

    def __init__(self):
        self.__members = list()

    def is_empty(self):
        return not len(self.__members)

    def show(self):
        if self.is_empty():
            print(双端队列为空)
            return
        for member in self.__members:
            if self.__members.index(member) != len(self.__members)-1:
                print(member, end=|)
            else:
                print(member)

    def head_enter(self, data):
        self.__members.insert(0, data)

    def end_enter(self, data):
        self.__members.append(data)

    def head_outer(self):
        if self.is_empty():
            return
        return self.__members.pop(0)

    def end_outer(self):
        if self.is_empty():
            return
        return self.__members.pop()

    def length(self):
        return len(self.__members)

    def check(self, index):
        if index < 0 or index > len(self.__members)-1:
            raise IndexError
        return self.__members[index]

定义一个 SequenceDoubleQueue() 类，实例化的时候会创建一个空列表，生成一个空的顺序双端队列。 Python 中的列表有很多自带的方法，所以将存储数据的列表设置成私有属性，避免用户在类外面链式调用列表的其他方法。如果用户直接在类外面操作列表，则双端队列只能从两端存取数据的规则可能会被破坏。

下面是顺序双端队列的各个方法实现：

is_empty(): 判断顺序双端队列是否为空。如果存储数据的列表长度为零(对应布尔值False)，则顺序双端队列为空(is_empty为True)，反之。

show(): 展示顺序双端队列中的数据，也就是将双端队列中所有的数据依次打印输出，对存储数据的列表遍历输出即可。

head_enter(data): 前端入队，也就是从队列的前端添加数据到队列中。在本文中，统一将列表的开头当成双端队列的前端，列表的结尾当成双端队列的后端。前端入队调用列表的 insert(0, data) 方法即可。

end_enter(data): 后端入队，也就是从队列的后端添加数据到队列中。后端入队调用列表的 append(data) 方法即可。

head_outer(): 前端出队，也就是从队列中取出前端的数据，并将取出的数据返回。前端出队调用列表的 pop(0) 方法即可。

end_outer(): 后端出队，也就是从队列中取出后端的数据，并将取出的数据返回。后端出队调用列表的 pop() 方法即可。

length(): 返回顺序双端队列的长度。顺序双端队列的长度就是存储数据的列表长度。

check(index): 返回顺序双端队列中指定位置的数据。根据指定的 index 值，将存储数据的列表中对应索引的数据返回即可。

if __name__ == __main__:
    sdq = SequenceDoubleQueue()
    print("is_empty: ", sdq.is_empty())
    sdq.show()

    sdq.head_enter(x)
    sdq.head_enter(y)
    sdq.head_enter(z)
    sdq.end_enter(10)
    sdq.end_enter(20)
    sdq.end_enter(30)
    sdq.show()
    print(sdq.head_outer())
    print(sdq.end_outer())
    sdq.show()

    print("sequence double queue length: ", sdq.length())
    print("index member is: ", sdq.check(2))

运行结果：

is_empty:  True
双端队列为空
z|y|x|10|20|30
z
30
y|x|10|20
sequence double queue length:  4
index member is:  10

二、实现链双端队列

链双端队列是使用链表存储数据的双端队列，链表是逻辑有序的，由一个一个的节点构成，所以先声明一个创建节点的类。

class Node(object):

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

下面按照单向链表的方式来实现链双端队列。

class LinkDoubleQueue(object):

    def __init__(self):
        self.__head = None

    def is_empty(self):
        return not self.__head

    def show(self):
        if self.is_empty():
            print(双端队列为空)
            return
        cur = self.__head
        while cur is not None:
            if cur.next is not None:
                print(cur.data, end=|)
            else:
                print(cur.data)
            cur = cur.next

    def head_enter(self, data):
        node = Node(data)
        node.next = self.__head
        self.__head = node

    def end_enter(self, data):
        if self.is_empty():
            self.head_enter(data)
            return
        node = Node(data)
        cur = self.__head
        while cur.next is not None:
            cur = cur.next
        cur.next = node

    def head_outer(self):
        if self.is_empty():
            return
        cur = self.__head
        self.__head = self.__head.next
        return cur.data

    def end_outer(self):
        if self.is_empty():
            return
        cur = self.__head
        prev = None
        while cur.next is not None:
            prev = cur
            cur = cur.next
        if cur == self.__head:
            self.__head = self.__head.next
            return
        prev.next = cur.next
        return cur.data

    def length(self):
        length = 0
        cur = self.__head
        while cur is not None:
            length += 1
            cur = cur.next
        return length

    def check(self, index):
        if index < 0 or index >= self.length():
            raise IndexError
        cur = self.__head
        for _ in range(index):
            cur = cur.next
        return cur.data

定义一个 LinkDoubleQueue() 类，实例化的时候会创建一个空链表，生成一个空的链双端队列。

下面是链双端队列的各个方法实现：

is_empty(): 判断链双端队列是否为空。如果存储数据的链表头指向空(对应布尔值False)，则链双端队列为空(is_empty为True)，反之。

show(): 展示链双端队列中的数据，也就是将双端队列中所有的数据依次打印输出，对存储数据的链表遍历输出即可。

head_enter(data): 前端入队，也就是从队列的前端添加数据到队列中。在本文中，统一将链表的头当成双端队列的前端，链表的尾当成双端队列的后端。前端入队就是从链表头部添加节点。

end_enter(data): 后端入队，也就是从队列的后端添加数据到队列中。后端入队就是从链表尾部添加节点。

head_outer(): 前端出队，也就是从队列中取出前端的数据，并将取出的数据返回。前端出队就是删除并返回链表头节点的数据。

end_outer(): 后端出队，也就是从队列中取出后端的数据，并将取出的数据返回。后端出队就是删除并返回链表尾节点的数据。

length(): 返回链双端队列的长度。链双端队列的长度就是存储数据的链表长度。

check(index): 返回链双端队列中指定位置的数据。根据指定的 index 值，找到并返回链表中对应位置的节点数据。

ldq = LinkDoubleQueue()
    print("is_empty: ", ldq.is_empty())
    ldq.show()

    ldq.head_enter(X)
    ldq.head_enter(Y)
    ldq.head_enter(Z)
    ldq.end_enter(100)
    ldq.end_enter(200)
    ldq.end_enter(300)
    ldq.show()
    print(ldq.head_outer())
    print(ldq.end_outer())
    ldq.show()

    print("link queue length: ", ldq.length())
    print("index member is: ", ldq.check(2))

运行结果：

is_empty:  True
双端队列为空
Z|Y|X|100|200|300
Z
300
Y|X|100|200
link queue length:  4
index member is:  100

以上就是用 Python 实现的顺序双端队列及链双端队列。