算法---队列

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了算法---队列相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

一、队列

1.队列类型

  • FIFO:先进先出
  • LIFO:后进先出(等同于栈)
  • 优先级队列
  • 双端队列:LIFO和FIFO结合,可以从队首和队尾添加和删除元素
  • 循环队列:队首和队尾相连(可用来解决假溢出)

2.Python自带Queue模块【线程不安全,需加锁】

支持三种队列类型:

  • FIFO(queue.queue)
  • LIFO(queue.LifoQueue)
  • 优先级队列(queue.PriorityQueue)【优先级队列越低越先出来】【堆】
FIFO:import queue
创建一个队列长度为10的对象:q=queue.queue(maxsize=10)
队尾插入数据x:q.put(x)
队首删除数据:q.get(),并返回该数据
返回队列的大小:q.qsize()
判断队列是否为空:q.empty(),若为空则返回True,反之则FALSE
判断是否为满:q.full与maxsize相呼应   

3.Python自带Deque模块【线程安全,因为GIL】

支持双端队列

(1)新建一个deque对象:q=deque(‘abcdefgh‘),或者创建一个大小为5的队列q=deque(5)
(1)q.appendleft(x):在列表左侧插入【O(1)】
(2)q.popleft():弹出列表左侧的值【O(1)】
(3)extendleft:在左侧扩展【O(k)】
(4)q.append(x):在列表右侧插入【O(1)】
(5)q.pop():弹出列表右侧的值【O(1)】
(6)extend:在右侧扩展【O(k)】
(7)q.rotate(-n):将左端的n个元素移动到右端【O(k)】
   q.rotate(n):将右端的n个元素移动到左端
   q=deque(‘abcdef‘)
   q.rotate(-2)
   print(q)//deque([‘c‘,‘d‘,‘e‘,‘f‘,‘a‘,‘b‘])
   q.rotate(2)
   print(q)//deque([‘e‘,‘f‘,‘a‘,‘b‘,‘c‘,‘d‘])
(8)q.remove(‘c‘):删除一个指定元素【O(n)】
(9)q.clear():清空链表所有元素,使其长度为0
(10)q.reverse():将队列反转
(11)q.count(x):返回q中x的数量
(12)len(q):返回q的长度

4.循环队列

队尾出来进队首,双端队列的rotate可以实现循环队列。

 

二、算法

1.两个队列实现栈

题目:使用队列实现栈的下列操作:
  push(x) -- 元素 x 入栈
  pop() -- 移除栈顶元素
  top() -- 获取栈顶元素
  empty() -- 返回栈是否为空
思路:

  插入:直接在非空的queue中添加新元素

  删除:将一个非空的queue中的数依次从队首到队尾放入空的queue中,直到只剩下一个数,将最后一个数弹出。

技术图片

class MyQueue (object):
    def __init__(self):
        self.stack1 = []
        self.stack2 = []

    def push(self, x):
        self.stack1.append(x)

    def pop(self):
        if self.stack2 != []: # 栈2不为空
            self.stack2.pop()
        elif self.stack2 == [] and self.stack1 != []:
                while self.stack1 != []:
                    tmp = self.stack1[-1]
                    self.stack1.pop()
                    self.stack2.append(tmp)
                self.stack2.pop()
        else: # 栈2为空,栈1为空
            print(‘query is empty‘)

    def top(self):
        return self.stack1[-1]

    def empty(self):
        if len(self.stack1) == 0 and len(self.stack2) == 0:
            return True
        else:
            return False

queue = MyQueue()
queue.push(1)
queue.push(2)
queue.pop()
queue.push(3)
print(queue)

  

2.两个栈实现队列

题目:使用栈实现队列的下列操作:

  push(x) -- 将一个元素放入队列的尾部。
  pop() -- 从队列首部移除元素。
  peek() -- 返回队列首部的元素。
  empty() -- 返回队列是否为空。

思路:        

  插入:在stack1中添加新元素

  删除:删除元素前,先判断stack2是否为空,如果不为空,直接弹出stack2;否则,将stack1中的所有元素全部放入stack2中,再弹出栈顶元素

技术图片

class MyQueue(object):
    def __init__(self):
        self.queue1 = []
        self.queue2 = []

    def push(self, x):
        if len(self.queue2) == 0:
            self.queue1.append(x)
        if len(self.queue1) == 0:
            self.queue2.append(x)

    def pop(self):
        # 将queue的数放入另一个queue中,然后将当前queue里面的数一个个放入另一个queue,直到当前queue的长度为1时,删除当前queue最后一个数
        if len(self.queue1) != 0 and len(self.queue2) == 0:
            while len(self.queue1) != 1:
                tmp = self.queue1[-1]
                self.queue1.pop()
                self.queue2.append(tmp)
        else:
            while len(self.queue2) != 1:
                tmp = self.queue2[-1]
                self.queue2.pop()
                self.queue1.append(tmp)

    def peek(self):
        if len(self.queue1) == 0:
            return self.queue2[-1]
        else:
            return self.queue1[-1]

    def empty(self):
        if len(self.queue1) == 0 and len(self.queue2) == 0:
            return True
        else:
            return False

Queue = MyQueue()
Queue.push(1)
Queue.push(2)
print(Queue.peek())
Queue.pop()
print(Queue)

  

 

 

3.报数淘汰

‘‘‘
下面的例子是用queue中的FIFO实现一个功能,6个人传土豆,每数到7就淘汰手中有土豆的人,直到最后只剩一个人。
‘‘‘

# 循环队列,num一定要比人数多
import queue
def hotpotato(namelist,num):
    que=queue.Queue(len(namelist))
    for name in namelist:
        que.put(name)
    while que.qsize()>1:
        for item in range(num-1):
            que.put(que.get()) # put队尾插入,get队首删除
        que.get()
    return que.get()

namelist=[‘a‘,‘b‘,‘c‘,‘d‘,‘e‘]
print(hotpotato(namelist,7))

  

 

 

 

 

 

 

参考文献:

【1】Python数据结构2-----队列和堆 - Lee_yl - 博客园

以上是关于算法---队列的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

以下代码片段的算法复杂度

有人可以解释啥是 SVN 平分算法吗?理论上和通过代码片段[重复]

片段(Java) | 机试题+算法思路+考点+代码解析 2023

栈与队列:链队列算法+可执行代码

栈与队列:循环队列算法+可执行代码

java数据结构与算法:单向队列与环形队列详解(图片+代码)