栈

栈（stack），有些地方称为堆栈，是一种容器，可存入数据元素、访问元素、删除元素，它的特点在于只能允许在容器的一端（称为栈顶端指标，英语：top）进行加入数据（英语：push）和输出数据（英语：pop）的运算。没有了位置概念，保证任何时候可以访问、删除的元素都是此前最后存入的那个元素，确定了一种默认的访问顺序。

由于栈数据结构只允许在一端进行操作，因而按照后进先出（LIFO, Last In First Out）的原理运作。

栈结构实现

栈可以用顺序表实现，也可以用链表实现。

栈的操作

• Stack() 创建一个新的空栈
• push(item) 添加一个新的元素item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

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

    def is_empty(self):
        """判断是否为空"""
        return self.items == []

    def push(self, item):
        """加入元素"""
        self.items.append(item)

    def pop(self):
        """弹出元素"""
        return self.items.pop()

    def peek(self):
        """返回栈顶元素"""
        return self.items[len(self.items)-1]

    def size(self):
        """返回栈的大小"""
        return len(self.items)

if __name__ == "__main__":
    stack = Stack()
    stack.push("hello")
    stack.push("world")
    stack.push("itcast")
    print stack.size()
    print stack.peek()
    print stack.pop()
    print stack.pop()
    print stack.pop()

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（First In First Out）的线性表，简称FIFO。允许插入的一端为队尾，允许删除的一端为队头。队列不允许在中间部位进行操作！假设队列是q=（a1，a2，……，an），那么a1就是队头元素，而an是队尾元素。这样我们就可以删除时，总是从a1开始，而插入时，总是在队列最后。这也比较符合我们通常生活中的习惯，排在第一个的优先出列，最后来的当然排在队伍最后。

队列的实现

同栈一样，队列也可以用顺序表或者链表实现。

操作

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

class Queue(object):
    """队列"""
    def __init__(self):
        self.items = []

    def is_empty(self):
        return self.items == []

    def enqueue(self, item):
        """进队列"""
        self.items.insert(0,item)

    def dequeue(self):
        """出队列"""
        return self.items.pop()

    def size(self):
        """返回大小"""
        return len(self.items)

if __name__ == "__main__":
    q = Queue()
    q.enqueue("hello")
    q.enqueue("world")
    q.enqueue("itcast")
    print q.size()
    print q.dequeue()
    print q.dequeue()
    print q.dequeue()

队列的应用

1.windows中的消息机制就是通过队列来实现的
2.操作系统的进程、作业管理中的先进先出服务
3.异步消息机制，如celery异步任务

约瑟夫斯问题（热土豆游戏）

这场比赛是一个现代的相当著名的约瑟夫斯问题。基于对第一世纪著名历史学家Flavius Josephus的传说，故事说的是，在对罗马犹太人起义，约瑟夫斯和39名战友顶住了罗马人在一个山洞里。随着失败迫在眉睫，他们决定，他们宁愿死也不愿做罗马人的奴隶。他们安排自己在一个圆圈里。一个人被划为第一号，顺时针方向，每第七个男人就杀了一个。约瑟夫斯，根据传说，是一个有成就的数学家。他立刻想出了他应该坐的地方是最后一个去的地方。当时间来了，而不是杀死自己，他加入了罗马的一边。

#打印机任务（拓展不要求会）

图书馆中有一台打印机，打印机有两种工作模式：每分钟10页（但打印质量较低），每分钟5页（打印效果较好）。打印机一次只能处理一个任务，其余任务可排队等候。
每个小时最多有10位学生在图书馆，他们在一小时终最多提交2次打印任务，每个打印任务的页数为1至20页不等。
问：综合分析两种打印模式，分析学生的平均等待打印时间和是否能在1小时内完成所有学生提交的打印任务

双端队列应用

一个有趣的问题，可以很容易地解决了使用队列的数据结构是典型的回文问题。回文数是一个字符串，读取相同的向前和向后的，例如,"sbbs"我们想构造一个算法，输入一个字符串是否回文。这个问题的解决方案将使用一个队列来存储字符串的字符。我们将从左到右弦和添加的每个字符的双端队列后。在这一点上，deque将会表现的非常像一个普通的队列。然而，我们现在可以利用该容器的双重功能。该容器前将字符串和该容器后的第一个字符将举行的最后一个字符

双端队列

双端队列（deque，全名double-ended queue），是一种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弹出，其限定插入和删除操作在表的两端进行。双端队列可以在队列任意一端入队和出队。

操作

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

实现

class Deque(object):
    """双端队列"""
    def __init__(self):
        self.items = []

    def is_empty(self):
        """判断队列是否为空"""
        return self.items == []

    def add_front(self, item):
        """在队头添加元素"""
        self.items.insert(0,item)

    def add_rear(self, item):
        """在队尾添加元素"""
        self.items.append(item)

    def remove_front(self):
        """从队头删除元素"""
        return self.items.pop(0)

    def remove_rear(self):
        """从队尾删除元素"""
        return self.items.pop()

    def size(self):
        """返回队列大小"""
        return len(self.items)


if __name__ == "__main__":
    deque = Deque()
    deque.add_front(1)
    deque.add_front(2)
    deque.add_rear(3)
    deque.add_rear(4)
    print deque.size()
    print deque.remove_front()
    print deque.remove_front()
    print deque.remove_rear()
    print deque.remove_rear()

企业面试题

1. 用两个栈来实现一个队列，完成队列的Push和Pop操作。 队列中的元素为int类型

   class Solution:
       def __init__(self):
           self.stack1 = []
           self.stack2 = []
       def push(self,node):
           self.stack1.append(node)
       def pop(self):
           if self.stack2 == []:
               while self.stack1:
                   self.stack2.append(self.stack1.pop())
               return self.stack2.pop()
           return self.stack2.pop()
   

2. 两个队列实现一个栈

   思路:

   进栈：元素入队列A

   出栈：判断如果队列A只有一个元素，则直接出队。否则，把队A中的元素出队并入队B，直到队A中只有一个元素，再直接出队。为了下一次继续操作，互换队A和队B。

   class Solution:
       def __init__(self):
           self.queue1 = []
           self.queue2 = []
       def add(self, node):
           # write code here
           self.queue1.append(node)
    
       def dele(self):
           # return xx
           if self.queue1 == []:
              return None
           while len(self.queue1) != 1:
               self.queue2.append(self.queue1.pop(0))
           self.queue1,self.queue2 = self.queue2,self.queue1##交换是为了下一次的pop
           return self.queue2.pop()