Python实现的数据结构与算法之队列详解

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

队列操作的示意图如下：

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：

$ python josephus.py
Susan

希望本文所述对大家的Python程序设计有所帮助。