栈和队列(一)

简介: 栈(Stack)和队列(Queue)是计算机科学中常用的数据结构,它们在算法和程序设计中扮演着重要的角色。下面是它们的理论基础:

栈(Stack)和队列(Queue)是计算机科学中常用的数据结构,它们在算法和程序设计中扮演着重要的角色。下面是它们的理论基础:


栈的理论基础:


栈是一种具有特定行为的抽象数据类型(Abstract Data Type,ADT)。栈的特点是遵循后进先出(Last-In-First-Out,LIFO)的原则,也就是最后入栈的元素最先出栈。栈的操作有两个主要的操作:压入(Push)和弹出(Pop)。


1.压入(Push)操作:将元素添加到栈的顶部,成为新的栈顶。

2.弹出(Pop)操作:将栈顶的元素移除,并返回该元素的值。

栈还具有一个重要的属性,即栈顶指针(Top),它指向栈顶元素。当栈为空时,栈顶指针指向一个特殊的空值。


栈可以通过数组或链表来实现。使用数组实现的栈称为顺序栈(或称为数组栈),使用链表实现的栈称为链式栈。


队列的理论基础:


队列也是一种具有特定行为的抽象数据类型(ADT)。队列的特点是遵循先进先出(First-In-First-Out,FIFO)的原则,也就是最先入队的元素最先出队。队列的操作有两个主要的操作:入队(Enqueue)和出队(Dequeue)。


入队(Enqueue)操作:将元素添加到队列的尾部。

出队(Dequeue)操作:将队列头部的元素移除,并返回该元素的值。

队列还具有两个指针,即头指针(Front)和尾指针(Rear)。头指针指向队列的第一个元素,尾指针指向队列的最后一个元素。


队列可以通过数组或链表来实现。使用数组实现的队列称为顺序队列(或称为数组队列),使用链表实现的队列称为链式队列。


此外,还有一些常用的变种队列,例如循环队列(Circular Queue)和优先级队列(Priority Queue)。


栈和队列的应用非常广泛,它们在算法、操作系统、编译器等领域都有重要的作用。例如,在算法中,深度优先搜索(DFS)通常使用栈来实现,而广度优先搜索(BFS)通常使用队列来实现。


用栈实现队列


请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作(push、pop、peek、empty):


实现 MyQueue 类:


  • void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾
  • int pop() 从队列的开头移除并返回元素
  • int peek() 返回队列开头的元素
  • boolean empty() 如果队列为空,返回 true ;否则,返回 false
class MyQueue:
 
    def __init__(self):
        self.stack_in=[]
        self.stack_out=[]
 
    def push(self, x: int) -> None:
        self.stack_in.append(x)
 
    def pop(self) -> int:
        if self.empty():
            return None
        if self.stack_out:
            return self.stack_out.pop()
        else:
            for i in range(len(self.stack_in)):
                self.stack_out.append(self.stack_in.pop())
                return self.stack_out.pop()
    def peek(self) -> int:
        ans=self.pop()
        self.stack_out.append(ans)
        return ans
 
    def empty(self) -> bool:
        return not (self.stack_in or self.stack_out)
 
 
# Your MyQueue object will be instantiated and called as such:
# obj = MyQueue()
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()
# param_3 = obj.peek()
# param_4 = obj.empty()

用队列实现栈


请你仅使用两个队列实现一个后入先出(LIFO)的栈,并支持普通栈的全部四种操作(push、top、pop 和 empty)。


实现 MyStack 类:


  • void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。
  • int pop() 移除并返回栈顶元素。
  • int top() 返回栈顶元素。
  • boolean empty() 如果栈是空的,返回 true ;否则,返回 false 。


class MyStack:
 
    def __init__(self):
        self.que = deque()
 
    def push(self, x: int) -> None:
        self.que.append(x)
 
    def pop(self) -> int:
        if self.empty():
            return None
        for i in range(len(self.que)-1):
            self.que.append(self.que.popleft())
        return self.que.popleft()
 
    def top(self) -> int:
        # 写法一:
        # if self.empty():
        #     return None
        # return self.que[-1]
 
        # 写法二:
        if self.empty():
            return None
        for i in range(len(self.que)-1):
            self.que.append(self.que.popleft())
        temp = self.que.popleft()
        self.que.append(temp)
        return temp
 
    def empty(self) -> bool:
        return not self.que
 
 
# Your MyStack object will be instantiated and called as such:
# obj = MyStack()
# obj.push(x)
# param_2 = obj.pop()
# param_3 = obj.top()
# param_4 = obj.empty()
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