队列实现方法及详解

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2023-09-14 03:25:23

队列实现方法及详解

概述

队列是一种遵循先进先出（FIFO）原则的线性数据结构。它与栈（后进先出）不同，允许在队列的末尾添加元素，并在队列的头部移除元素。队列广泛应用于计算机科学的各个领域，例如进程调度、消息传递、缓冲和任务管理。

队列的实现

队列可以使用数组或链表来实现。数组实现简单，但可能存在空间浪费的情况。链表实现则可以动态调整大小，但可能存在性能问题。

数组实现

数组实现的队列通常使用两个指针，分别指向队列的头部和尾部。当添加元素时，将元素添加到队列的尾部并更新尾部指针。当移除元素时，从队列的头部移除元素并更新头部指针。

class Queue:
    def __init__(self, size):
        self.size = size
        self.array = [None] * size
        self.head = 0
        self.tail = 0

    def enqueue(self, item):
        if (self.tail + 1) % self.size == self.head:
            raise IndexError("Queue is full")
        self.array[self.tail] = item
        self.tail = (self.tail + 1) % self.size

    def dequeue(self):
        if self.head == self.tail:
            raise IndexError("Queue is empty")
        item = self.array[self.head]
        self.head = (self.head + 1) % self.size
        return item

    def is_empty(self):
        return self.head == self.tail

    def is_full(self):
        return (self.tail + 1) % self.size == self.head

链表实现

链表实现的队列通常使用两个指针，分别指向队列的头部和尾部。当添加元素时，将元素添加到队列的尾部并更新尾部指针。当移除元素时，从队列的头部移除元素并更新头部指针。

class Node:
    def __init__(self, item):
        self.item = item
        self.next = None

class Queue:
    def __init__(self):
        self.head = None
        self.tail = None

    def enqueue(self, item):
        new_node = Node(item)
        if self.head is None:
            self.head = new_node
            self.tail = new_node
        else:
            self.tail.next = new_node
            self.tail = new_node

    def dequeue(self):
        if self.head is None:
            raise IndexError("Queue is empty")
        item = self.head.item
        self.head = self.head.next
        if self.head is None:
            self.tail = None
        return item

    def is_empty(self):
        return self.head is None

    def is_full(self):
        return False