python数据结构——栈、队列

news2024/11/15 12:24:15

python数据结构——栈、队列、树和算法

    • 栈的操作
  • 队列
    • 单端队列
      • 操作
    • 双端队列
      • 操作

  • 链表或者顺序表的使用场景:
    • 当数据需要后进先出,来构建栈或者先进先出,构建队列时
    • 栈或者队列之内的数据可以以顺序表或者链表的方式进行存储
  • python内置的数据结构中:
    • 列表,字符串,元组都是线性结构,因为其是有序的,可以使用索引获取
    • 字典和set是非线性结构,都可通过for in 结构进行遍历,字典中的value可通过key拿到,set只能通过遍历查看
    • set中的元素会去重,可以将其理解为不重复,无序不可索引取值的列表
    • 元组不可变,可作为set中的元素,set中的元素必须可hash,即地址不可变,例如str,int,float,tuple, bytes,布尔类型等 ,不能是列表,字典和set
  • python中内置的数据结构只有上面集中,如果需要用到链表,堆栈,队列,树和图,都需要自己自定义实现方式

  • 栈是一种容器,可存储数据元素,访问元素,删除元素
  • 它的特点在于只能允许在容器中的一端(即栈顶)进行加入数据和输出数据的运算
  • 没有了位置概念,保证任何时候可以访问,删除元素都是此前最后存储的那个元素, 确定了一种默认访问的顺序
  • 由于栈数据和结构只允许一端进行操作,因此按照后进先出的原理进行操作
    在这里插入图片描述

栈的操作

  • 栈可以用顺序表来实现,也可以用链表来实现
  • 栈的操作有:
    • 创建一个空栈
    • 添加一个元素进入栈
    • 弹出栈元素
    • 返回栈顶元素,但是元素不能出栈
    • 确认栈是否为空
    • 返回栈内的元素个数
  • 为了方便,可以使用顺序表——列表(list)来实现
  • 代码实现方式:
class StackData():
    ''' 栈,使用顺序表时,压栈和出栈使用尾部,
    原因是时间复杂度比较小
    如果使用链表的方式,压栈和出栈使用头部,
    这样时间复杂度比较小,只需要改指针即可'''
    def __init__(self):
        self.__list = []#加双杠表示私有,不对外

    def push(self,item):
        '''
        压栈,从列表的尾部添加,也从列表的尾部去取值
        :param item:存储栈内的数据
        '''
        self.__list.append(item)
    def pop(self):
        '''
        出栈,从列表的尾部弹出元素
        '''
        d_data= self.__list.pop()
        return d_data
    def peek(self):
        '''
        确认栈顶元素,不出栈,返回列表最后一个元素
        :return:返回列表最顶端的元素
        '''
        if self.__list:
            return self.__list[-1]
        else:#空列表,无元素,返回None
            return None
    def is_empty(self):
        '''
        确认栈是否为空,计算列比啊长素是否为0
        :return:
        '''
        return  self.__list==[]
    def size(self):
        '''
        确认栈内元素的个数,直接计算列表长度
        :return:列表的长度
        '''
        return  len(self.__list)
if __name__ == '__main__':
    s= StackData()
    print("是否为空",s.is_empty())
    print("长度", s.size())
    s.push(15)
    s.push(100)
    s.push("haha")
    s.push(0)
    print("长度", s.size())
    print("最后一个元素",s.peek())
    print("弹出第1个元素",s.pop())
    print("长度", s.size())
    print("弹出第2个元素",s.pop())
    print("弹出第3个元素",s.pop())
    print("弹出第4个元素",s.pop())
    **********************run_redult***************
是否为空 True
长度 0
长度 4
最后一个元素 0
弹出第1个元素 0
长度 3
弹出第2个元素 haha
弹出第3个元素 100
弹出第4个元素 15

队列

单端队列

  • 队列是只允许在一端进行插入操作,而在另一段进行删除操作的线性表
  • 队列是一种先进先出的线性表,允许插入的一端是队尾,允许删除的一端是队头
  • 队列不允许在中间部位进行操作,删除总从队头开始,插入从队尾开始,就像排队一样

操作

  • 在队列中,需要实现的操作有:
    • 创建一个空的队列
    • 在队列中添加一个元素
    • 从队列头部删除一个元素
    • 确认队列是否为空
    • 队列中元素的个数
  • 代码实现方式如下:
class QueueData():

    def __init__(self):
        ''' 构造函数,添加元素如果尾部添加,就头部出(使用顺序表),出n入1
        如果头部添加就尾部入(使用链表)出1入n,使用哪种方式,确认入队多还是出队多'''
        self.__list = []  # 加双杠表示私有,不对外

    def enqueue(self,item):
        ''' 添加元素'''
        self.__list.append(item)

    def dequeue(self):
        ''' 删除元素,0 代表index,即头部元素'''
        return self.__list.pop(0)

    def is_empty(self):
        ''' 判断是否为空,如果self.__list=[],
        return为false,加上not取反,return的为True'''
        return not self.__list

    def size(self):
        ''' 获取队列长度'''
        return len(self.__list)

if __name__ == '__main__':
    q = QueueData()
    print("是否为空",q.is_empty())
    print("len", q.size())
    q.enqueue(11)
    q.enqueue(100)
    q.enqueue("dhudf")
    print("是否为空",q.is_empty())
    print("len:", q.size())
    print("出队第1个元素",q.dequeue())
    print("出队第2个元素", q.dequeue())
    print("出队第3个元素", q.dequeue())
    *****************run_result*************
是否为空 True
len: 0
是否为空 False
len: 3
出队第1个元素 11
出队第2个元素 100
出队第3个元素 dhudf

双端队列

  • 双端队列,是一种具有队列和栈性质的数据结构
  • 双端队列中的元素可以从两端弹出,其限定插入和删除操作在两端进行
  • 双端队列可以在队列任意一端入队和出队

操作

  • 创建一个空的两端列表
  • 从头部添加一个元素
  • 从头部删除一个元素
  • 从尾部添加一个元素
  • 从尾部删除一个元素
  • 确认双端队列是否为空
  • 确认队列中元素的个数
  • 代码实现方式如下:
class QueueData():

    def __init__(self):
        ''' 构造函数'''
        self.__list = []  # 加双杠表示私有,不对外

    def add_front(self,item):
        ''' 添加元素,头部插入'''
        self.__list.insert(0,item)

    def add_rear(self,item):
        ''' 添加元素,尾部追加'''
        self.__list.append(item)

    def del_front(self):
        ''' 删除元素,0 代表index,即头部元素'''
        return self.__list.pop(0)

    def del_reart(self):
        ''' 删除元素,在尾部删除'''
        return self.__list.pop()

    def is_empty(self):
        ''' 判断是否为空,如果self.__list=[],
        return为false,加上not取反,return的为True'''
        return not self.__list

    def size(self):
        ''' 获取队列长度'''
        return len(self.__list)

if __name__ == '__main__':
    q = QueueData()
    print("是否为空",q.is_empty())
    print("len", q.size())
    q.add_front(11)
    q.add_rear(100)
    q.add_front("dhudf")
    print("是否为空",q.is_empty())
    print("len", q.size())
    print("出队第1个元素",q.del_front())
    print("出队第1个元素",q.del_reart())

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