入队(Enqueue)和出队(Dequeue)是队列(Queue)数据结构中的基本操作。队列是一种先进先出(FIFO, First In First Out)的数据结构,新元素总是被添加到队列的末尾,而移除元素总是从队列的前端开始。
为了实现高效的入队和出队操作,通常使用链表(Linked List)或数组(Array)来实现队列。
链表实现的队列可以非常高效地进行入队和出队操作,因为链表的插入和删除操作都是O(1)时间复杂度。
class Node:
def __init__(self, value):
self.value = value
self.next = None
class Queue:
def __init__(self):
self.head = None
self.tail = None
def enqueue(self, value):
new_node = Node(value)
if not self.tail:
self.head = self.tail = new_node
else:
self.tail.next = new_node
self.tail = new_node
def dequeue(self):
if not self.head:
return None
value = self.head.value
self.head = self.head.next
if not self.head:
self.tail = None
return value
数组实现的队列在入队和出队操作时可能会遇到时间复杂度为O(n)的情况,特别是在队列满或空时需要移动元素。为了优化这种情况,可以使用循环数组(Circular Array)。
class CircularQueue:
def __init__(self, capacity):
self.capacity = capacity
self.queue = [None] * capacity
self.head = self.tail = -1
def enqueue(self, value):
if (self.tail + 1) % self.capacity == self.head:
return False # Queue is full
if self.head == -1:
self.head = 0
self.tail = (self.tail + 1) % self.capacity
self.queue[self.tail] = value
return True
def dequeue(self):
if self.head == -1:
return None # Queue is empty
value = self.queue[self.head]
if self.head == self.tail:
self.head = self.tail = -1
else:
self.head = (self.head + 1) % self.capacity
return value
队列广泛应用于各种场景,包括但不限于:
通过上述方法,可以有效地实现高效的入队和出队操作,并解决常见的队列相关问题。
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