Python中堆、棧、隊列之間的區(qū)別小結

更新時間：2025年01月17日 10:10:32 作者：Python熱愛者

本文主要介紹了Python中堆、棧、隊列之間的區(qū)別小結,文中通過示例代碼介紹的非常詳細,對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧

一、隊列概念

1、隊列是只有一端可以進行插入操作，而另一端可以進行刪除操作的有序線性存儲結構，滿足先進先出的約束。

2、在計算機科學中，隊列是一個集合，其中集合中的實體按順序保存，集合上的主要（或唯一）操作是向后端位置添加實體，稱為入隊，前端位置并刪除實體，稱為出隊。這使得隊列成為先進先出（FIFO）數(shù)據(jù)結構。在FIFO數(shù)據(jù)結構中，添加到隊列的第一個元素將是第一個要刪除的元素。這相當于一旦添加新元素，在刪除新元素之前必須刪除之前添加的所有元素的要求。通常偷看或還輸入了前面的操作，返回前面元素的值而不使其出列。隊列是線性數(shù)據(jù)結構的示例，或者更抽象地是順序集合。

3、隊列提供計算機科學，運輸和運營研究中的服務，其中存儲和保存諸如數(shù)據(jù)，對象，人或事件的各種實體以便稍后處理。在這些上下文中，隊列執(zhí)行緩沖區(qū)的功能。隊列在計算機程序中很常見，它們被實現(xiàn)為與訪問例程耦合的數(shù)據(jù)結構，作為抽象數(shù)據(jù)結構或作為類的面向?qū)ο笳Z言。常見的實現(xiàn)是循環(huán)緩沖區(qū)和鏈表。

生活中典型的實例就是排隊，先到的人排在前面，可先得到服務，后到的人排在后面，并且不能插隊。
計算機應用中典型的實例就是打印機，先發(fā)送的打印任務可以先被執(zhí)行，之后的都要排隊等候

二、Python實現(xiàn)

1、在 Python 中，和棧一樣，同樣可以用列表作為隊列的底層實現(xiàn)，只需要確定列表的哪一端作為隊列的頭，也即刪除操作端（先進先出），哪一端作為隊列的尾，也即插入操作端（后進后出）。同時，把隊列抽象為類，隊列的先進先出操作實現(xiàn)為類的方法。

2、從理論上講，隊列的一個特征是它沒有特定的容量。無論已包含多少元素，始終可以添加新元素。它也可以是空的，此時在再次添加新元素之前刪除元素是不可能的。

3、隊列的Python實現(xiàn)：

Queue.qsize() 返回隊列的大小

Queue.empty() 如果隊列為空，返回True,反之False

Queue.full() 如果隊列滿了，返回True,反之False，Queue.full 與 maxsize 大小對應

Queue.get()從隊列中移除并返回數(shù)據(jù)

Queue.get_nowait() 相當于Queue.get(False)，非阻塞方法

Queue.put(item[, block[, timeout]])
將item放入隊列

timeout為正整數(shù)時，等待超時則拋出Full異常
block為False時，有空間可將數(shù)據(jù)放入隊列，立即拋出Full異常

Queue.task_done() 在完成一項工作之后，Queue.task_done()函數(shù)向任務已經(jīng)完成的隊列發(fā)送一個信號。每個get()調(diào)用得到一個任務，接下來task_done()調(diào)用告訴隊列該任務已經(jīng)處理完畢。

Queue.join() 實際上意味著等到隊列為空，再執(zhí)行別的操作【線程阻塞，直到隊列中的所有任務處理完畢】

from Queue import Queue,LifoQueue,PriorityQueue
#先進先出隊列
q=Queue(maxsize=5)
#后進先出隊列
lq=LifoQueue(maxsize=6)
#優(yōu)先級隊列
pq=PriorityQueue(maxsize=5)
 
for i in range(5):
    q.put(i)
    lq.put(i)
    pq.put(i)
    
print "先進先出隊列：%s;是否為空：%s；多大,%s;是否滿,%s" %(q.queue,q.empty(),q.qsize(),q.full())
print "后進先出隊列：%s;是否為空：%s;多大,%s;是否滿,%s" %(lq.queue,lq.empty(),lq.qsize(),lq.full())
print "優(yōu)先級隊列：%s;是否為空：%s,多大,%s;是否滿,%s" %(pq.queue,pq.empty(),pq.qsize(),pq.full())
 
print q.get(),lq.get(),pq.get()
 
print "先進先出隊列：%s;是否為空：%s；多大,%s;是否滿,%s" %(q.queue,q.empty(),q.qsize(),q.full())
print "后進先出隊列：%s;是否為空：%s;多大,%s;是否滿,%s" %(lq.queue,lq.empty(),lq.qsize(),lq.full())
print "優(yōu)先級隊列：%s;是否為空：%s,多大,%s;是否滿,%s" %(pq.queue,pq.empty(),pq.qsize(),pq.full())

4、python的四種隊列操作

①LILO：先進先出，只能在尾部插入元素，只能從頭部取出元素

from queue import Queue
q = Queue()    # 創(chuàng)建隊列對象
q.put(1)       # 隊列尾部插入元素
q.put(2)
q.put(3)
print(q.queue) # 查看隊列中的所有元素
a = q.get()    # 返回并刪除隊列頭部元素
print(a)
print(q.queue) # 運行結果deque([2,3])

②LIFO：先進后出，類似棧

from queue import LifoQueue
lifoQueue = LifoQueue()  # 創(chuàng)建對象
lifoQueue.put(1)
lifoQueue.put(2)
lifoQueue.put(3)
print(lifoQueue.queue)
lifoQueue.get()          # 返回并刪除隊列尾部元素
print(lifoQueue.queue)   # 運行結果[1,2]

③優(yōu)先隊列：隊列元素為元組類型，即(優(yōu)先級，數(shù)據(jù))。

from queue import PrioritQueue as pq
pq = pq()        # 創(chuàng)建有限隊列
pq.put(1)
pq.put(4)
pq.put(3)  
print(pq.queue)  # 運行結果[1,3,4]
pq.get()         # 返回并刪除優(yōu)先級最低的元素
print(pq.queue)  # 運行結果[3,4]

④雙端隊列

>>> from collections import deque   #雙端隊列
>>> dequeQueue = deque(['Eric','John','Smith'])
>>> print(dequeQueue)
deque(['Eric', 'John', 'Smith'])
>>> dequeQueue.append('Tom')    #在右側插入新元素
>>> dequeQueue.appendleft('Terry')  #在左側插入新元素
>>> print(dequeQueue)
deque(['Terry', 'Eric', 'John', 'Smith', 'Tom'])
>>> dequeQueue.rotate(2)    #循環(huán)右移2次
>>> print('循環(huán)右移2次后的隊列',dequeQueue)
循環(huán)右移2次后的隊列 deque(['Smith', 'Tom', 'Terry', 'Eric', 'John'])
>>> dequeQueue.popleft()    #返回并刪除隊列最左端元素
'Smith'
>>> print('刪除最左端元素后的隊列：',dequeQueue)
刪除最左端元素后的隊列： deque(['Tom', 'Terry', 'Eric', 'John'])
>>> dequeQueue.pop()    #返回并刪除隊列最右端元素
'John'
>>> print('刪除最右端元素后的隊列：',dequeQueue)
刪除最右端元素后的隊列： deque(['Tom', 'Terry', 'Eric'])