栈和队列数据结构的基本概念及其相关的Python实现

Posted 2022-12-25 ceo-python

先来回顾一下栈和队列的基本概念：

相同点：从"数据结构"的角度看，它们都是线性结构，即数据元素之间的关系相同。

不同点：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。 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。它们是完全不同的数据类型。除了它们各自的基本操作集不同外，主要区别是对插入和删除操作的"限定"。

栈必须按"后进先出"的规则进行操作：比如说，小学老师批改学生的作业，如果不打乱作业本的顺序的话，那么老师批改的第一份作业一定是最后那名同学交的那份作业，如果把所有作业本看作是一个栈中的元素，那么最后一个同学交的作业本就是栈顶元素，而第一个同学交的，也就是最低端的作业本，就是栈底元素，这就是对栈的读取规则。

而队列必须按"先进先出"的规则进行操作：打个比方，一些人去银行办理业务，一定是先去排队的最先得到服务，当然他也是第一个走出银行的（假设这些人都在一个窗口排队）。如果把所有这些等候服务的人看作是队的元素，第一个人就是对头元素，相应的，最后一个人就是队尾元素。这是队的读取规则。

用Python实现栈，这是Python核心编程里的一个例子:

# coding=utf-8
class Stack(object):
    # 定义一个列表来模拟栈
    def __init__(self):
        self.stack = []
        # CMDs是字典的使用
        self.CMDs = ‘u‘: self.pushit, ‘o‘: self.popit, ‘v‘: self.viewstack

    # 进栈,调用列表的append()函数加到列表的末尾,strip()没有参数是去掉首尾的空格
    def pushit(self):
        self.stack.append(input("Enter new string:").strip())

    # 出栈，用到了pop函数
    def popit(self):
        if len(self.stack) == 0:
            print("Cannot pop from an empty stack!")
        else:
            print(‘Removed [‘,self.stack.pop(),‘]‘)

    # 遍历栈
    def viewstack(self):
        print(self.stack)

    # pr为提示字符
    def showmenu(self):
        pr = """
        p(U)sh 
        p(O)p 
        (V)iew 
        (Q)uit 
        Enter choice: """
        while True:
            while True:
                try:
                    # 先用strip()去掉空格,再把第一个字符转换成小写的
                    choice = input(pr).strip()[0].lower()
                except(EOFError,KeyboardInterrupt,IndexError):
                    choice = ‘q‘
                print(‘\nYou picked:[%s]‘%choice)
                if choice not in ‘uovq‘:
                    print(‘Invalid option,try again‘)
                else:
                    break
            if choice == ‘q‘:
                break
            # CMDs[]根据输入的choice从字典中对应相应的value,比如说输入u,从字典中得到value为pushit,执行pushit()进栈操作
            self.CMDs[choice]()

# 判断是否是从本文件进入，而不是被调用
if __name__ == "__main__":
    stack = Stack()
    stack.showmenu()

用python实现队列：

# coding=utf-8
class Queue(object):
    # 定义一个列表来模拟栈
    def __init__(self):
        self.queue = []
        # CMDs是字典的使用
        self.CMDs = ‘e‘: self.enQ, ‘d‘: self.deQ, ‘v‘: self.viewQ

    def enQ(self):
        self.queue.append(input("Enter new string:").strip())

    # 调用list的列表的pop()函数.pop(0)为列表的第一个元素
    def deQ(self):
        if len(self.queue) == 0:
            print("Cannot pop from an empty queue!")
        else:
            print(‘Removed [‘,self.queue.pop(0),‘]‘)

    # 遍历队列
    def viewQ(self):
        print(self.queue)

    # pr为提示字符
    def showmenu(self):
        pr = """ 
        (E)nqueue 
        (D)equeue 
        (V)iew 
        (Q)uit 
          Enter choice: """
        while True:
            while True:
                try:
                    # 先用strip()去掉空格,再把第一个字符转换成小写的
                    choice = input(pr).strip()[0].lower()
                except(EOFError,KeyboardInterrupt,IndexError):
                    choice = ‘q‘
                print(‘\nYou picked:[%s]‘%choice)
                if choice not in ‘devq‘:
                    print(‘Invalid option,try again‘)
                else:
                    break
            if choice == ‘q‘:
                break
            self.CMDs[choice]()

# 判断是否是从本文件进入，而不是被调用
if __name__ == "__main__":
    queue = Queue()
    queue.showmenu()