Python系列|数据结构与算法笔记（五）——队列(FIFO队列、双端队列) 数据结构与算法(python)|数据结

一、FIFO队列 1.1、概念队列(queue)是只允许在一端进行插入操作，而在另一端进行删除操作的线性表。
队列是一种先进先出的(First In First Out)的线性表，简称FIFO。允许插入的一端为队尾，允许删除的一端为队头。队列不允许在中间部位进行操作！假设队列是q= (a1，a2，…，an)，那么a1就是队头元素，而an是队尾元素。这样我们就可以删除时，总是从a1开始，而插入时，总是在队列最后。这也比较符合我们通常生活中的习惯，排在第一个的优先出列，最后来的当然排在队伍最后。
1.2、队列操作及实现同栈一样，队列也可以用顺序表或者链表实现。
（事实上，python自带queue模块，这里还是自己实现下）
操作：

Queue()：创建一个空的队列
enqueue(item)：往队列中添加一个item元素
dequeue()：从队列头部删除一个元素
is_empty()：判断一个队列是否为空
size()：返回队列的大小

实现：

class Qeque(object): """队列""" def __init__(self): self.__list = []def is_empty(self): """判断队列是否为空""" return self.__list == []def size(self): """返回队列大小""" return len(self.__list)def enqueue(self, item): """往队列中添加一个item元素""" self.__list.append(item)def dequeue(self): """从队列头部删除一个元素""" return self.__list.pop(0)if __name__ == '__main__': q =Qeque() q.enqueue(1) q.enqueue(2) q.enqueue(3) q.enqueue(4)print(q.dequeue(),end=' ') print(q.dequeue(),end=' ') print(q.dequeue(),end=' ') print(q.dequeue(),end=' ')

二、双端队列 2.1、概念双端队列(deque，全名double-ended queue)，是一种具有队列和栈的性质的数据结构。
双端队列中的元素可以从两端弹出，其限定插入和删除操作在表的两端进行。双端队列可以在队列任意一端入队和出队。

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2.2、双端队列操作及实现操作：

Deque()：创建一个空的双端队列
add_front(item)：从队头加入一个item元素
add_rear(item)：从队尾加入一个item元素
remove_front()：从队头删除一个item元素
remove_rear()：从队尾删除一个item元素
is_empty()：判断双端队列是否为空
size()：返回队列的大小

实现：

class Deque(object): """双端队列""" def __init__(self): self.__list = []def is_empty(self): """判断队列是否为空""" return self.__list == []def size(self): """返回队列大小""" return len(self.__list)def add_front(self, item): """在队头添加一个元素""" self.__list.insert(0, item)def add_rear(self, item): """在队尾添加元素""" self.__list.append(item)def remove_front(self): """从队头删除元素""" return self.__list.pop(0)def remove_rear(self): """从队尾删除元素""" return self.__list.pop()

三、python模块Queue Queue是python标准库中的线程安全的队列（FIFO）实现，提供了一个适用于多线程编程的先进先出的数据结构，即队列，用来在生产者和消费者线程之间的信息传递。
3.1、创建队列对象

import queue myqueue = queue.Queue(maxsize = 10)

Queue.Queue类即是一个队列的同步实现。队列长度可为无限或者有限。可通过Queue的构造函数的可选参数maxsize来设定队列长度。如果maxsize小于1就表示队列长度无限。
3.2、常用方法

Queue.qsize() 返回队列的大小
Queue.empty() 如果队列为空，返回True,反之False
Queue.full() 如果队列满了，返回True,反之False，Queue.full 与 maxsize 大小对应
Queue.get() 从队列中取最后一个数据
Queue.get_nowait() 相当于Queue.get(False)，非阻塞方法
Queue.put(item) 写入队列，timeout等待时间
Queue.task_done() 在完成一项工作之后，Queue.task_done()函数向任务已经完成的队列发送一个信号。每个get()调用得到一个任务，接下来- -task_done()调用告诉队列该任务已经处理完毕。
Queue.join() 实际上意味着等到队列为空，再执行别的操作

3.3、案例：生产者消费者模式开发的Python多线程在Python中，队列是最常用的线程间的通信方法，因为它是线程安全的，自带锁。而Condition等需要额外加锁的代码操作，在编程对死锁现象要很小心，Queue就不用担心这个问题。
Queue多线程代码示例如下：

from queue import Queue import time, threadingq = Queue(maxsize=0)def product(name): count = 1 while True: q.put('商品{}'.format(count)) print('{}生产商品{}个'.format(name, count)) count += 1 time.sleep(5)def consume(name): while True: print('{}消费{}个'.format(name, q.get())) time.sleep(2) q.task_done()t1 = threading.Thread(target=product, args=('python',)) t2 = threading.Thread(target=consume, args=('java',))t1.start() t2.start()

结果：

python生产商品1个 java消费商品1个 python生产商品2个 java消费商品2个 ·······

3.4、queue模块其他队列 queue模块有三种队列：

python queue模块的FIFO队列先进先出。
LIFO类似于堆。即先进后出。
还有一种是优先级队列级别越低越先出来。

针对这三种队列分别有三个构造函数:

class Queue.Queue(maxsize) FIFO队列
class Queue.LifoQueue(maxsize) LIFO 队列
class Queue.PriorityQueue(maxsize) 优先级队列

示例

from queue import Queue, LifoQueue, PriorityQueue# 先进先出队列 q = Queue(maxsize=5) # 后进先出队列 lq = LifoQueue(maxsize=6) # 优先级队列 pq = PriorityQueue(maxsize=5)for i in range(5): q.put(i) lq.put(i) pq.put(i)print("先进先出队列：%s; 是否为空：%s；多大,%s; 是否满,%s" % (q.queue, q.empty(), q.qsize(), q.full())) print("后进先出队列：%s; 是否为空：%s; 多大,%s; 是否满,%s" % (lq.queue, lq.empty(), lq.qsize(), lq.full())) print("优先级队列：%s; 是否为空：%s,多大,%s; 是否满,%s" % (pq.queue, pq.empty(), pq.qsize(), pq.full()))print(q.get(), lq.get(), pq.get())

【Python系列|数据结构与算法笔记（五）——队列(FIFO队列、双端队列)】结果：

先进先出队列：deque([0, 1, 2, 3, 4]); 是否为空：False；多大,5; 是否满,True 后进先出队列：[0, 1, 2, 3, 4]; 是否为空：False; 多大,5; 是否满,False 优先级队列：[0, 1, 2, 3, 4]; 是否为空：False,多大,5; 是否满,True 0 4 0