队列(Queue)是一种特殊的线性数据结构，其操作遵循先进先出(FIFO)的原则，即最先添加到队列中的元素最先被移除。
队列的基本概念
队列的基本操作包括：入队(Enqueue)将元素添加到队列的尾部，和出队(Dequeue)从队列的头部移除元素。 在Python中，我们可以使用列表来简单地模拟队列，但为了效率更高，我们经常使用 collections 模块中的 deque 类来实现队列。
from collections import deque
# 创建一个队列
queue = deque()
# 入队操作
queue.append(10)
queue.append(20)
queue.append(30)
# 此时队列的状态为 [10, 20, 30]出队操作
从队列的头部移除元素。
# 出队操作
first_element = queue.popleft() # 移除并返回头部元素，结果是 10
# 此时队列的状态为 [20, 30]队列的辅助操作
(1) 查看队首和队尾元素
# 查看队首元素
front_element = queue[0] # 结果是 20
# 查看队尾元素
rear_element = queue[-1] # 结果是 30(2) 检查队列是否为空
is_empty = not bool(queue) # 如果队列为空，结果为 True(3) 获取队列的大小
size = len(queue) # 结果是 2，因为队列中有两个元素优先队列
优先队列是一种特殊的队列，其中每个元素都有一个与之相关的优先级。Python的heapq模块提供了实现优先队列的工具。
import heapq
# 创建一个空的优先队列
priority_queue = []
# 入队操作
heapq.heappush(priority_queue, (1, "Task 1")) # 数字1表示优先级
heapq.heappush(priority_queue, (3, "Task 3"))
heapq.heappush(priority_queue, (2, "Task 2"))
# 出队操作（按优先级）
task = heapq.heappop(priority_queue) # 结果是 (1, "Task 1")双端队列
deque 不仅可以作为一个队列使用，还可以支持从两端添加和删除元素，因此被称为双端队列。
dq = deque()
# 从头部和尾部添加元素
dq.appendleft(10)
dq.append(20)
# 从头部和尾部移除元素
dq.popleft() # 结果是 10
dq.pop() # 结果是 20实战案例：任务调度
假设我们有一个打印机，需要处理一系列的打印任务。任务有不同的优先级，并且需要在有限的时间内完成。我们可以使用队列来模拟这个过程。
from random import randint
class PrintTask:
def __init__(self, priority):
self.priority = priority
self.time_needed = randint(1, 5) # 随机生成所需时间
def tick(self):
"""减少任务所需的时间"""
self.time_needed -= 1
def is_done(self):
"""检查任务是否完成"""
return self.time_needed <= 0
# 创建任务队列
tasks = deque()
# 生成10个随机任务
for _ in range(10):
p = randint(1, 5)
tasks.append(PrintTask(p))
# 处理任务
while tasks:
current_task = tasks.popleft()
current_task.tick()
print(f"Processing task with priority {current_task.priority}... Time left: {current_task.time_needed}")
if not current_task.is_done():
tasks.append(current_task)
else:
print(f"Task with priority {current_task.priority} is done!")小结
队列是计算机科学中的一个核心概念，有广泛的应用，如任务调度、数据同步等。了解其基本操作和特性，能够帮助我们更好地解决实际问题。
