隊列 (queue) 是一種特殊的線性表，特殊之處在於它只允許在表的前端（front）進行刪除操作，而在表的后端（rear）進行插入操作，和棧一樣，隊列是一種操作受限制的線性表。進行插入操作的端稱為隊尾，進行刪除操作的端稱為隊頭。
隊列符合先進先出[FIFO]的原則。因為要排隊的第一個項目，最終將是第一個要出列的項目，如在現實生活中的隊列，先來的站在隊列前面，后來的就只能站在隊列后面啦。
隊列有兩種實現形式，分為兩種：數組和鏈表。
在接下來的內容里，我們將以鏈表的形式實現隊列，逐步介紹具體功能是如何實現的。
1. 創建 Node 類
創建一個 Node 的類，作為基礎數據結構：鏈點，並初始化對應的內參。
具體實現代碼如下：
class Node(object):
def __init__(self,elem,next=None):
self.elem = elem #表示對應的元素值
self.next=next #表示下一個鏈接的鏈點
2. 創建 Queue 類
創建一個 Queue 的類，以鏈表形式的隊列，並初始化對應的內參。
具體實現代碼如下：
class Queue(object):
def __init__(self):
self.head = None #頭部鏈點為 None
self.rear = None #尾部鏈點為 None
3. 添加 is_empty 函數
添加一個 is_empty 的函數，功能是判斷隊列是否為空
具體實現代碼如下：
def is_empty(self):
return self.head is None #判斷隊列是否為空
4. 添加 enqueue 函數
添加一個 enqueue(elem) 函數，功能是往隊列中添加一個 elem 元素
流程如下：
- Vertex vtx = new Vertex(v) 初始化一個新的點
- tail.next = vtx 隊列尾部的后繼是這個新的點
- tail = vtx 然后讓隊列尾部指針指向這個新的點
效果演示：往已知隊列[29,9,53]里面添加一個 80 元素
具體實現代碼如下：
def enqueue(self, elem):
p = Node(elem) #初始化一個新的點
if self.is_empty():
self.head = p #隊列頭部為新的鏈點
self.rear = p #隊列尾部為新的鏈點
else:
self.rear.next = p #隊列尾部的后繼是這個新的點
self.rear =p #然后讓隊列尾部指針指向這個新的點
5. 添加 dequeue 函數
添加一個 dequeue() 函數，功能是從隊列頭部刪除一個元素
流程如下：
- 先判斷隊列是否為空，為空即退出 dequeue 操作，不為空即繼續后續操作
- temp = head 設置一個 temp 指針，使它的指針指向隊列頭部
- head = head.next 隊列頭部指針，使之指向隊列頭部的后繼(即隊列頭部元素出隊)
- delete temp 刪除 temp 指針
效果演示：對已知隊列[29,9,53,80] 刪除頭部元素
具體實現代碼如下：
def dequeue(self):
if self.is_empty(): #判斷隊列是否為空
print('Queue_is_empty') #若隊列為空，則退出 dequeue 操作
else:
result = self.head.elem #result為隊列頭部元素
self.head = self.head.next #改變隊列頭部指針位置
return result #返回隊列頭部元素
6. 添加 peek 函數
添加一個 peek() 函數，功能是查看隊列頭部的元素
流程如下：
- 判斷隊列是否為空，為空即返回 NOT_FOUND
- 隊列如果不為空，返回隊列頭部元素
具體代碼實現如下:
def peek(self):
if self.is_empty(): #判斷隊列是否為空
print('NOT_FOUND') #為空則返回 NOT_FOUND
else:
return self.head.elem #返回隊列頭部元素
7. 添加 print_queue 函數
添加一個 print_queue() 函數，功能是展現隊列的元素
def print_queue(self):
print("queue:")
temp=self.head
myqueue=[] #暫時存放隊列數據
while temp is not None:
myqueue.append(temp.elem)
temp=temp.next
print(myqueue)
最終代碼如下：
class Node(object):
def __init__(self,elem,next=None):
self.elem = elem #表示對應的元素值
self.next=next #表示下一個鏈接的鏈點
class Queue(object):
def __init__(self):
self.head = None #頭部鏈點為 None
self.rear = None #尾部鏈點為 None
def is_empty(self):
return self.head is None #判斷隊列是否為空
def enqueue(self, elem):
p = Node(elem) #初始化一個新的點
if self.is_empty():
self.head = p #隊列頭部為新的鏈點
self.rear = p #隊列尾部為新的鏈點
else:
self.rear.next = p #隊列尾部的后繼是這個新的點
self.rear =p #然后讓隊列尾部指針指向這個新的點
def dequeue(self):
if self.is_empty(): #判斷隊列是否為空
print('Queue_is_empty') #若隊列為空，則退出 dequeue 操作
else:
result = self.head.elem #result為隊列頭部元素
self.head = self.head.next #改變隊列頭部指針位置
return result #返回隊列頭部元素
def peek(self):
if self.is_empty(): #判斷隊列是否為空
print('NOT_FOUND') #為空則返回 NOT_FOUND
else:
return self.head.elem #返回隊列頭部元素
def print_queue(self):
print("queue:")
temp=self.head
myqueue=[] #暫時存放隊列數據
while temp is not None:
myqueue.append(temp.elem)
temp=temp.next
print(myqueue)
復雜度分析
隊列屬於常見的一種線性結構，對於出隊和進隊而言，時間復雜度都為 O(1)
隊列有兩種實現形式，數組和鏈表。我們在前面已經介紹了如何用鏈表實現的隊列，這里就不再贅述，直接給出另一種用數組實現的隊列代碼，供大家學習參考。
形式：用數組實現
class Queue():
def __init__(self):
self.entries = [] #表示隊列內的參數
self.length = 0 #表示隊列的長度
self.front=0 #表示隊列頭部位置
def enqueue(self, item):
self.entries.append(item) #添加元素到隊列里面
self.length = self.length + 1 #隊列長度增加 1
def dequeue(self):
self.length = self.length - 1 #隊列的長度減少 1
dequeued = self.entries[self.front] #隊首元素為dequeued
self.front-=1 #隊首的位置減少1
self.entries = self.entries[self.front:] #隊列的元素更新為退隊之后的隊列
return dequeued
def peek(self):
return self.entries[0] #直接返回隊列的隊首元素
請點擊選擇想要使用的環境
默認環境