原创

Python 实现的数据结构与算法队列

一、概述

队列(Queue)是一种先进先出(FIFO)的线性数据结构,插入操作在队尾(rear)进行,删除操作在队首(front)进行。

二、ADT

队列ADT(抽象数据类型)一般提供以下接口:

1、Queue() 创建队列
2、enqueue(item) 向队尾插入项
3、dequeue() 返回队首的项,并从队列中删除该项
4、empty() 判断队列是否为空
5、size() 返回队列中项的个数

三、Python实现

使用Python的内建类型list列表,可以很方便地实现队列ADT:

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Queue:
  def __init__(self):
    self.items = []
  def enqueue(self, item):
    self.items.append(item)
  def dequeue(self):
    return self.items.pop(0)
  def empty(self):
    return self.size() == 0
  def size(self):
    return len(self.items)

四、应用

著名的 约瑟夫斯问题(Josephus Problem)是应用队列(确切地说,是循环队列)的典型案例。在 约瑟夫斯问题 中,参与者围成一个圆圈,从某个人(队首)开始报数,报数到n+1的人退出圆圈,然后从退出人的下一位重新开始报数;重复以上动作,直到只剩下一个人为止。

值得注意的是,Queue类只实现了简单队列,上述问题实际上需要用循环队列来解决。在报数过程中,通过“将(从队首)出队的人再入队(到队尾)”来模拟循环队列的行为。具体代码如下:

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
def josephus(namelist, num):
  simqueue = Queue()
  for name in namelist:
    simqueue.enqueue(name)
  while simqueue.size() > 1:
    for i in xrange(num):
      simqueue.enqueue(simqueue.dequeue())
    simqueue.dequeue()
  return simqueue.dequeue()
if __name__ == '__main__':
  print(josephus(["Bill", "David", "Kent", "Jane", "Susan", "Brad"], 3))

运行结果,代码如下:

$ python josephus.py
Susan
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