隊列(Queue)是一種特殊的線性數據結構，其操作遵循先進先出(FIFO)的原則，即最先添加到隊列中的元素最先被移除。lCC28資訊網——每日最新資訊28at.com

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隊列的基本概念

隊列的基本操作包括：入隊(Enqueue)將元素添加到隊列的尾部，和出隊(Dequeue)從隊列的頭部移除元素。 在Python中，我們可以使用列表來簡單地模擬隊列，但為了效率更高，我們經常使用 collections 模塊中的 deque 類來實現隊列。lCC28資訊網——每日最新資訊28at.com

from collections import deque# 創建一個隊列queue = deque()# 入隊操作queue.append(10)queue.append(20)queue.append(30)# 此時隊列的狀態為 [10, 20, 30]

出隊操作

從隊列的頭部移除元素。lCC28資訊網——每日最新資訊28at.com

# 出隊操作first_element = queue.popleft()  # 移除并返回頭部元素，結果是 10# 此時隊列的狀態為 [20, 30]

隊列的輔助操作

(1) 查看隊首和隊尾元素lCC28資訊網——每日最新資訊28at.com

# 查看隊首元素front_element = queue[0]  # 結果是 20# 查看隊尾元素rear_element = queue[-1]  # 結果是 30

(2) 檢查隊列是否為空lCC28資訊網——每日最新資訊28at.com

is_empty = not bool(queue)  # 如果隊列為空，結果為 True

(3) 獲取隊列的大小lCC28資訊網——每日最新資訊28at.com

size = len(queue)  # 結果是 2，因為隊列中有兩個元素

優先隊列

優先隊列是一種特殊的隊列，其中每個元素都有一個與之相關的優先級。Python的heapq模塊提供了實現優先隊列的工具。lCC28資訊網——每日最新資訊28at.com

import heapq# 創建一個空的優先隊列priority_queue = []# 入隊操作heapq.heappush(priority_queue, (1, "Task 1"))  # 數字1表示優先級heapq.heappush(priority_queue, (3, "Task 3"))heapq.heappush(priority_queue, (2, "Task 2"))# 出隊操作（按優先級）task = heapq.heappop(priority_queue)  # 結果是 (1, "Task 1")

雙端隊列

deque 不僅可以作為一個隊列使用，還可以支持從兩端添加和刪除元素，因此被稱為雙端隊列。lCC28資訊網——每日最新資訊28at.com

dq = deque()# 從頭部和尾部添加元素dq.appendleft(10)dq.append(20)# 從頭部和尾部移除元素dq.popleft()  # 結果是 10dq.pop()      # 結果是 20

實戰案例：任務調度

假設我們有一個打印機，需要處理一系列的打印任務。任務有不同的優先級，并且需要在有限的時間內完成。我們可以使用隊列來模擬這個過程。lCC28資訊網——每日最新資訊28at.com

from random import randintclass PrintTask:    def __init__(self, priority):        self.priority = priority        self.time_needed = randint(1, 5)  # 隨機生成所需時間    def tick(self):        """減少任務所需的時間"""        self.time_needed -= 1    def is_done(self):        """檢查任務是否完成"""        return self.time_needed <= 0# 創建任務隊列tasks = deque()# 生成10個隨機任務for _ in range(10):    p = randint(1, 5)    tasks.append(PrintTask(p))# 處理任務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!")

小結

隊列是計算機科學中的一個核心概念，有廣泛的應用，如任務調度、數據同步等。了解其基本操作和特性，能夠幫助我們更好地解決實際問題。lCC28資訊網——每日最新資訊28at.com

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