队列数据结构初探：深度解析FIFO操作原理与应用场景

2023-11-14 23:15:22

队列的基本概念和原理

队列（Queue）是一种遵循先进先出（FIFO）原则的数据结构，即最早进入队列的数据项（元素）也会最早被移除。如同人们在生活中排队一样，先到的人先被服务。队列的这一特性使得它在许多场景下都有广泛的应用，如广度优先搜索、消息队列、任务队列、进程调度等。

在计算机中，队列通常使用数组或链表来实现。数组实现简单，但是当队列满了需要扩展时，需要将所有元素都向后移动一位，效率较低。链表实现则避免了这种问题，因为链表中的元素并不连续存储，只需要修改指针即可。

队列的实现方法

数组实现

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

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

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

链表实现

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.data
        self.head = self.head.next
        if self.head is None:
            self.tail = None
        return item