堆棧與隊列的區別及使用場景（python實現）

堆棧：先入後出，只能在一端進行操作

隊列：先入先出，一端進入，一端出列

※ 堆棧和隊列的適用場景

堆棧：

• 用於符號的匹配：在編譯器的語法檢查中，一個過程就是檢查各種括號是否匹配，比如 ([]) ，這就是匹配的，而 {[}] 就不匹配了。
• 用於計算代數式：如果我們要計算 6 + 4 * 8 ，要考慮到優先級的問題；先要把代數式構造成 6 4 8 * + 的形式；逐個讀取數據，當讀到數字時，把數字入棧；讀到運算符時，彈出棧中的兩個元素進行運算並把結果壓入棧中；
• 構造表達式：比如一個正常的代數式（叫他infix）, a + b * c + ( d * e + f ) * g , 轉化成表達式 a b c * + d e * f + g * +, 這個表達式我們叫他 postfix。（先規定優先級，加減的優先級最低，左括號優先級最高）
• 用於函數調用：因爲CPU一次只能執行一個命令，而寄存器也是公用的，當前函數 current() 在運行時，數據儲存在寄存器中，如果要調用另外一個函數 target()，而target() 也要求使用寄存器，爲了防止數據丟失並且在執行完 target()。能夠返回到 current() 繼續執行, 這時候就要把當前函數的重要數據儲存起來，壓入內存中的棧中( 包括變量的值和函數地址 )。這樣target()函數就可以無所顧忌的使用寄存器了。target() 函數執行結束就取棧頂的返回地址繼續執行 current()。

隊列：

• 打印機：當多個任務分配給打印機時，爲了防止衝突，創建一個隊列，把任務入隊，按先入先出的原則處理任務；
• 遠程服務器：當多個用戶要訪問遠程服務端的文件時，也用到隊列，滿足先來先服務的原則；
• 隊列理論：用來計算 預測用戶在隊中的等待時間，隊的長度等等問題；

一、使用列表實現堆棧和隊列

（1）堆棧：

letters = []

# Let's push some letters into our list
letters.append('c')  
letters.append('a')  
letters.append('t')  
letters.append('g')

# Now let's pop letters, we should get 'g'
last_item = letters.pop()  
print(last_item)

# If we pop again we'll get 't'
last_item = letters.pop()  
print(last_item)

# 'c' and 'a' remain
print(letters) # ['c', 'a']

輸出：

g
t
['c', 'a']

（2）隊列：

fruits = []

# Let's enqueue some fruits into our list
fruits.append('banana')  
fruits.append('grapes')  
fruits.append('mango')  
fruits.append('orange')

# Now let's dequeue our fruits, we should get 'banana'
first_item = fruits.pop(0)  
print(first_item)

# If we dequeue again we'll get 'grapes'
first_item = fruits.pop(0)  
print(first_item)

# 'mango' and 'orange' remain
print(fruits) # ['mango', 'orange']

輸出：

banana
grapes
['mango', 'orange']

二、使用Deque庫的堆棧和隊列

from collections import deque

# you can initialize a deque with a list 
numbers = deque()

# Use append like before to add elements
numbers.append(99)  
numbers.append(15)  
numbers.append(82)  
numbers.append(50)  
numbers.append(47)

# You can pop like a stack
last_item = numbers.pop()  
print(last_item) # 47  
print(numbers) # deque([99, 15, 82, 50])

# You can dequeue like a queue
first_item = numbers.popleft()  
print(first_item) # 99  
print(numbers) # deque([15, 82, 50])

輸出：

47
deque([99, 15, 82, 50])
99
deque([15, 82, 50])