1. 棧

棧（stack），有些地方稱為堆疊，是一種容器，可存入資料元素、訪問元素、刪除元素，它的特點在於只能允許在容器的一端（稱為棧頂端指標，英語：top）進行加入資料（英語：push）和輸出資料（英語：pop）的運算。沒有了位置概念，保證任何時候可以訪問、刪除的元素都是此前最後存入的那個元素，確定了一種預設的訪問順序。

由於棧資料結構只允許在一端進行操作，因而按照後進先出（LIFO, Last In First Out）的原理運作。

棧可以用順序表實現，也可以用連結串列實現。

（1）棧的操作

• Stack() 建立一個新的空棧
• push(item) 新增一個新的元素item到棧頂
• pop() 彈出棧頂元素
• peek() 返回棧頂元素
• is_empty() 判斷棧是否為空
• size() 返回棧的元素個數

（2）棧的實現

class Stack(object):
    """建立一個新的空棧"""
    def __init__(self):
        # 棧可以用順序表或連結串列實現，同時需要考慮以哪一端作為棧頂。 
        # 從時間複雜度上考慮，List以列表尾部作為棧頂較合適，入棧出棧複雜度為o(1),連結串列以頭部作為棧頂較合適，入棧出棧複雜度為o(1)
        # 這裡使用順序表
        self.list = []
        
    def is_empty(self):
        """判斷棧是否為空"""
        return self.list == []
        # return not self.list
        
    def push(self, item):
        """新增一個新的元素item到棧頂"""
        self.list.append(item)
        
    def pop(self):
        """彈出棧頂元素"""
        return self.list.pop()

    def peek(self):
        """返回棧頂元素"""
        if self.is_empty():
            return None
        else:
            return self.list[-1]
        
    def size(self):
        """返回棧的元素個數"""
        return len(self.list)

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())
 

3
itcast
itcast
world
hello

2. 佇列

佇列（queue）是隻允許在一端進行插入操作，而在另一端進行刪除操作的線性表。

佇列是一種先進先出的（First In First Out）的線性表，簡稱FIFO。允許插入的一端為隊尾，允許刪除的一端為隊頭。佇列不允許在中間部位進行操作！假設佇列是q=（a1，a2，……，an），那麼a1就是隊頭元素，而an是隊尾元素。這樣我們就可以刪除時，總是從a1開始，而插入時，總是在佇列最後。這也比較符合我們通常生活中的習慣，排在第一個的優先出列，最後來的當然排在隊伍最後。

同棧一樣，佇列也可以用順序表或者連結串列實現。

（1）佇列的操作

• Queue() 建立一個空的佇列
• enqueue(item) 往佇列中新增一個item元素
• dequeue() 從佇列頭部刪除一個元素
• is_empty() 判斷一個佇列是否為空
• size() 返回佇列的大小

（2）佇列的實現

class Queue(object):
    """建立一個空的佇列"""
    def __init__(self):
        self.list = []
        
    def enqueue(self, item):
        """往佇列中新增一個item元素"""
        # 列表要先確定哪裡是佇列頭，佇列尾。 
        # 如果列表尾部為佇列尾，則複雜度入佇列為o(1),出佇列為o(n)；若列表頭部為佇列尾，則複雜度是相反的。
        # 因此需要根據具體情況，看是入隊還是出隊使用更頻繁來決定
        self.list.append(item)  # 列表尾部為佇列尾
        # self.list.insert(0,item)  # 列表頭部為佇列尾
        
    def dequeue(self):
        """從佇列頭部刪除一個元素"""
        return self.list.pop(0) # 在列表頭部彈出
        # return self.list.pop()  # 在列表尾部彈出
        
    def is_empty(self):
        """判斷一個佇列是否為空"""
        return self.list == []
    
    def size(self):
        """返回佇列的大小"""
        return len(self.list)
    
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())

3
hello
world
itcast

3.雙端佇列

雙端佇列（deque，全名double-ended queue），是一種具有佇列和棧的性質的資料結構。

雙端佇列中的元素可以從兩端彈出，其限定插入和刪除操作在表的兩端進行。雙端佇列可以在佇列任意一端入隊和出隊。

（1）雙端佇列的操作

• Deque() 建立一個空的雙端佇列
• add_front(item) 從隊頭加入一個item元素
• add_rear(item) 從隊尾加入一個item元素
• remove_front() 從隊頭刪除一個item元素
• remove_rear() 從隊尾刪除一個item元素
• is_empty() 判斷雙端佇列是否為空
• size() 返回佇列的大小

（2） 雙端佇列的實現

class Deque(object):
    """建立一個空的雙端佇列"""
    def __init__(self):
        self.list = []
    
    def add_front(self, item):
        """從隊頭加入一個item元素"""
        self.list.insert(0,item)
        
    def add_rear(self, item):
        """從隊尾加入一個item元素"""
        self.list.append(item)
        
    def remove_front(self):
        """從隊頭刪除一個item元素"""
        return self.list.pop(0)
        
    def remove_rear(self):
        """從隊尾刪除一個item元素"""
        return self.list.pop()
        
    def is_empty(self):
        """判斷雙端佇列是否為空"""
        return self.list == []
        
    def size(self):
        """返回佇列的大小"""
        return len(self.list)
    
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())

4
2
1
4
3