Python实现栈、队列和双端队列

栈

栈（stack）是一种容器，它的特点在于只允许在容器的一端（称为栈顶指标，即top）进行加入数据（push）和输出数据（pop）的运算，即按照后进先出（LIFO，Last In First Out）的原理运作。
栈可以用顺序表实现，也可以用链表实现。顺序表或链表决定了数据如何存放，栈决定了数据如何操作。
Python中的列表（List）就相当于顺序表，现在我们采用List来实现栈。
我们需要实现的栈包含以下几种操作：

• Stack() 创建一个新的空栈
• push(elem) 添加一个新的元素elem到栈顶
• pop() 弹出栈顶元素
• peek() 返回栈顶元素
• is_empty() 判断栈是否为空
• size() 返回栈的元素个数

下面直接看代码实现：

class Stack(object):
    """栈"""
    def __init__(self):
        self.__list = []

    def push(self, elem):
        """添加一个新元素elem到栈顶"""
        self.__list.append(elem)

    def pop(self):
        """弹出栈顶元素"""
        if self.is_empty():
            return None
        else:
            return self.__list.pop()

    def peek(self):
        """返回栈顶元素"""
        if self.__list:
            return self.__list[-1]
        else:
            return None

    def is_empty(self):
        """判断栈是否为空"""
        return [] == self.__list

    def size(self):
        """返回栈的元素个数"""
        return len(self.__list)


if __name__ == '__main__':
    s = Stack()
    s.push(1)
    s.push(2)
    s.push(3)
    s.push(4)
    print(s.pop())  # 4
    print(s.pop())  # 3
    print(s.pop())  # 2
    print(s.pop())  # 1

队列

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（FIFO，First In First Out）的线性表，允许插入的一端为队尾，允许删除的一端为队头。队列数据结构的操作和我们平时排队是一致的，排在队头的先出列完成事务，新来的人只能排在队尾。
队列的常用操作为：

• Queue() 创建一个空的队列
• enqueue(elem) 往队列中添加一个elem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

代码实现为：

class Queue(object):
    def __init__(self):
        """创建一个空的队列"""
        self.__list = []

    def enqueue(self, elem):
        """往队列中添加一个item元素"""
        self.__list.append(elem)

    def dequeue(self):
        """从队列头部删除一个元素"""
        if self.is_empty():
            return None
        else:
            return self.__list.pop(0)

    def is_empty(self):
        """判断一个队列是否为空"""
        return [] == self.__list

    def size(self):
        """返回队列的大小"""
        return len(self.__list)


if __name__ == '__main__':
    q = Queue()
    q.enqueue(1)
    q.enqueue(2)
    q.enqueue(3)
    q.enqueue(4)
    print(q.dequeue())
    print(q.dequeue())
    print(q.dequeue())
    print(q.dequeue())

双端队列

双端队列（deque，全名double-ended queue），是一种同时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插入和删除。
双端队列的常用操作为：

• Deque() 创建一个空的双端队列
• add_front(elem) 从队头加入一个elem元素
• add_rear(elem) 从队尾加入一个elem元素
• pop_front() 从队头删除一个elem元素
• pop_rear() 从队尾删除一个elem元素
• is_empty() 判断双端队列是否为空
• size() 返回双端队列的大小

代码实现：

class Deque(object):
    """双端队列"""
    def __init__(self):
        """创建一个空的队列"""
        self.__list = []

    def add_front(self, elem):
        """往双端对列头部添加一个elem元素"""
        self.__list.insert(0, elem)

    def add_rear(self, elem):
        """往双端队列尾部添加一个elem元素"""
        self.__list.append(elem)

    def pop_front(self):
        """从双端队列头部取出一个元素"""
        if self.is_empty():
            return None
        else:
            return self.__list.pop(0)

    def pop_rear(self):
        """从双端对列尾部取出一个元素"""
        if self.is_empty():
            return None
        else:
            return self.__list.pop()

    def is_empty(self):
        """判断一个队列是否为空"""
        return [] == self.__list

    def size(self):
        """返回队列的大小"""
        return len(self.__list)


if __name__ == '__main__':
    dq = Deque()
    dq.add_front(1)
    dq.add_front(2)
    dq.add_rear(3)
    dq.add_rear(4)
    print(dq.pop_rear())
    print(dq.pop_front())