Python用list實現堆棧和隊列

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Python中可以用list來模擬棧和隊列：

• 棧（stack）:只能在一端進行數據操作，遵循後進先出（LIFO）原則
• 隊列（queue）:可以在兩端進行數據操作，遵循先進先出（FIFO）原則，出隊列的一端稱爲隊首，入隊列的一端稱爲隊尾

一、棧

1、棧要記錄的數據

• 棧頂位置top：注意這個top有兩種理解方式，一種是表示棧的最後一個數據的位置，另一種是表示棧的最後一個數據的下一個位置，這兩種理解對棧的操作代碼有一定的影響
• 棧最大大小size

2、棧的操作

• isEmpty()：判斷棧是否爲空
• isFull()：判斷棧是否已滿
• push(element)：向棧中添加一個值，注意棧是否爲滿的
• pop()：從棧中彈出一個值，注意棧是否爲空

3、Python列表實現棧

class StackException(Exception):
    def __init__(self, data):
        self.data = data
    def __str__(self):
        return self.data

class Stack(object):
    def __init__(self,size = 10):
        self.S = []
        self.size = size  # 棧大小
        self.top = -1     # 棧頂位置

    def setSize(self, size):
        # 設置棧的大小
        self.size = size    

    def isEmpty(self):
        # 判斷棧是否爲空
        if self.top == -1:
            return True
        else:
            return False
    
    def isFull(self):
        # 判斷棧是否滿
        if self.top == self.size - 1:
            return True
        else:
            return False

    def peek(self):
        # 查看棧頂的對象，但不移除
        if self.isEmpty():
            raise StackException('StackUnderflow')
        else:
            element = self.S[-1]
            return element

    def pop(self):
        # 移除棧頂對象，並返回該對象的值
        if self.isEmpty():
            raise StackException('StackUnderflow')
        else:
            element = self.S[-1]
            self.top = self.top - 1
            del self.S[-1]
            return element

    def push(self, element):
        # 把對象壓入棧頂
        if self.isFull():
            raise StackException('StackOverflow')
        else:
            self.S.append(element)
            self.top = self.top + 1

if __name__ == '__main__':
    s = Stack()
    # 壓棧測試
    for i in range(10):
        s.push(i)
    # 棧滿測試
    try:
        s.push(1)
    except Exception as e:
        print(e)
    # 出棧測試
    for i in range(10):
        print(s.pop())
    # 棧空測試
    try:
        s.pop()
    except Exception as e:
        print(e)

二、隊列

1、隊列要記錄的數據

• 隊頭位置end
• 隊列的大小size

2、標準做法

利用數組Q[1..n]來實現含有n-1個元素隊列（保留一位元素用來判斷隊列空或滿）。該列有一個屬性Q.head指向隊頭元素，屬性Q.tail指向下一個新元素將要插入的位置，列中的元素存放在位置Q.head, Q.head+1, …, Q.tail-1上。

• 初始時，Q.head = Q.tail = 1
• 當Q.head = Q.tail時， 隊列爲空
• 當Q.head = Q.tail + 1時，隊列爲滿

3、隊列的操作

• isEmpty()：判斷隊列是否爲空
• isFull()：判斷隊列是否已滿
• inQueue(element)：入隊
• outQueue()：出隊

4、Python列表實現隊列

class QueueException(Exception):
    def __init__(self, data):
        self.data = data
    def __str__(self):
        return self.data

class Queue(object):
    def __init__(self, size=10):
        self.Q = []
        self.size = size  # 隊列大小
        self.end = -1     # 隊頭位置
    
    def setSize(self, size):
        # 設置隊列的大小
        self.size = size
    
    def inQueue(self, element):
        # 對象入隊
        if self.end < self.size - 1:
            self.Q.append(element)
            self.end += 1
        else:
            raise QueueException('QueueFull')
    
    def outQueue(self):
        # 對象出隊
        if self.end == -1:
            raise QueueException('QueueEmpty')
        else:
            element = self.Q[0]
            self.Q = self.Q[1:]
            self.end -= 1
            return element

if __name__ == '__main__':
    q = Queue()
    # 入隊測試
    for i in range(10):
        q.inQueue(i)
    # 隊列滿測試
    try:
        q.inQueue(1)
    except Exception as e:
        print(e)
    # 出隊測試
    for i in range(10):
        print(q.outQueue())
    # 隊列空測試
    try:
        q.outQueue()
    except Exception as e:
        print(e)

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