Python 实现数据结构-堆栈和队列的操作方法

在Python中，我们可以使用列表(List)数据类型来实现堆栈和队列的操作。

堆栈(Stack)的操作方法

堆栈数据结构可以理解为一种后进先出的数据存储方式，也就是说最后放入堆栈的元素最先被取出。下面介绍一下堆栈的操作方法。

创建一个堆栈

我们可以通过创建一个空的列表来实现一个堆栈。代码如下：

stack = []

入栈操作

我们可以向堆栈中添加元素来实现入栈操作，使用列表的 append() 方法。代码如下：

stack.append(1)
stack.append(2)
stack.append(3)

查看栈顶元素

我们可以通过访问列表的最后一个元素来查看栈顶元素。代码如下：

top_element = stack[-1]
print(top_element)

出栈操作

我们可以从堆栈中删除最后一个元素来实现出栈操作，使用列表的 pop() 方法。代码如下：

pop_element = stack.pop()
print(pop_element)

队列(Queue)的操作方法

队列数据结构可以理解为一种先进先出的数据存储方式，也就是说最先放入队列的元素最先被取出。下面介绍一下队列的操作方法。

创建一个队列

我们可以通过创建一个空的列表来实现一个队列。代码如下：

queue = []

入队操作

我们可以向队列中添加元素来实现入队操作，使用列表的 append() 方法。代码如下：

queue.append(1)
queue.append(2)
queue.append(3)

查看队列头元素

我们可以通过访问列表的第一个元素来查看队列头元素。代码如下：

head_element = queue[0]
print(head_element)

出队操作

我们可以从队列中删除第一个元素来实现出队操作，使用列表的 pop(0) 方法。代码如下：

pop_element = queue.pop(0)
print(pop_element)

示例说明

接下来，我们通过两个清晰的示例来说明如何使用堆栈和队列。

示例1: 判断一个字符串是否是回文串

我们可以使用堆栈实现判断一个字符串是否是回文串。步骤如下：

1. 首先，将字符串中的每个字符入栈，倒序排列，形成一个新的字符串。
2. 比较原字符串和新字符串是否相等。

代码示例：

def is_palindrome(string):
    stack = []
    for char in string:
        stack.append(char)
    new_string = ""
    while stack:
        new_string += stack.pop()
    return string == new_string

print(is_palindrome("racecar")) # True
print(is_palindrome("hello")) # False

示例2: 使用队列模拟打印任务

我们可以使用队列模拟打印任务的执行过程。步骤如下：

1. 创建一个空队列来存储任务。
2. 将所有的任务按照优先级加入队列中。
3. 执行任务时，每次从队列中删除队列头部的任务并执行。

代码示例:

import random

class Task():
    def __init__(self, name, priority):
        self.name = name
        self.priority = priority

    def execute(self):
        print("Executing Task: ", self.name)

def simulate_print_task():
    queue = []
    for i in range(10):
        task_name = "Task " + str(i)
        priority = random.randint(1, 5)
        task = Task(task_name, priority)
        queue.append(task)

    while queue:
        max_priority_task = None
        for task in queue:
            if not max_priority_task:
                max_priority_task = task
            elif task.priority > max_priority_task.priority:
                max_priority_task = task
        max_priority_task.execute()
        queue.remove(max_priority_task)

simulate_print_task()

以上是Python实现数据结构-堆栈和队列的操作方法的完整攻略。