双端队列思想解析

我们先来看看定义是什么。

deque (全名double-ended queue)即双端队列,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。

能够看得懂吗?反正最开始我是不能,但这确实是用很精炼的语言描述了双端队列的性质。这句话的内容蕴含这样的信息deque在具备队列的性质同时,deque的rear和front指针还具备栈的性质。这确实不太好理解,因为这至少要求读者熟悉栈和队列的性质,并且需要付出一定时间成本来思考联系起来。等你掌握deque后再来看这句话,你会惊叹“这确实非常准确的描述了deque的性质,而且十分精炼”。

对此此时阅读本文的你,我想应该是掌握了队列才会了学习双端队列,不然不太可能接触到,并且还会来学习,毕竟正常人都会想学队列。
即使你掌握了队列,在此之前我还是会先稍微介绍下队列,为了使你完全清晰的理解我要说的内容。

队列(queue)是只允许在一端进行插入操作,而另一端进行删除操作的线性表。
front:管理队头,负责出队操作。
rear:管理队尾,负责入队操作。

上面是队列中front和rear的 职责。下面我用可能是世界上最简单语言来描述双端队列到底是什么,性质如何。

双端队列就是队列的puls版!和队列的唯一区别就是,front和rear的职责不同,双端队列中front和rear的职责共享了!。

下面我来稍微解释下(也行看到上面那句话你已经明白了):
rear即是队列中的front也可作为队列中的rear,front亦是如此。那么双端队列与队列的唯一区别仅仅是rear和front的职责不同,那么双端队列队空和堆满完全符号队列中的判断!
看到这里,相信你已经理解什么是双端队列了。为了加深你的理解建议拿起纸笔,画画,然后赶紧去实现下。

最后,为什么我会学习双端队列呢?这其实是因为我在LeetCode上刷题队列的题目的时候,有一个题目要求设计一个双端循环队列,并实现对应操作,由此我才去了解和学习双端队列。下面我以LeetCode的题目为基础,给出实现的代码(C语言描述)。

设计实现双端队列。 你的实现需要支持以下操作:

MyCircularDeque(k):构造函数,双端队列的大小为k。 insertFront():将一个元素添加到双端队列头部。
如果操作成功返回 true。 insertLast():将一个元素添加到双端队列尾部。如果操作成功返回 true。
deleteFront():从双端队列头部删除一个元素。 如果操作成功返回 true。
deleteLast():从双端队列尾部删除一个元素。如果操作成功返回 true。
getFront():从双端队列头部获得一个元素。如果双端队列为空,返回 -1。 getRear():获得双端队列的最后一个元素。
如果双端队列为空,返回 -1。 isEmpty():检查双端队列是否为空。 isFull():检查双端队列是否满了。 示例:

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MyCircularDeque circularDeque = new MycircularDeque(3); // 设置容量大小为3
circularDeque.insertLast(1); // 返回 true
circularDeque.insertLast(2); // 返回 true
circularDeque.insertFront(3); // 返回 true
circularDeque.insertFront(4); // 已经满了,返回 false
circularDeque.getRear(); // 返回 2 circularDeque.isFull();
// 返回 true circularDeque.deleteLast(); // 返回 true
circularDeque.insertFront(4); // 返回 true
circularDeque.getFront(); // 返回 4

提示:

所有值的范围为 [1, 1000] 操作次数的范围为 [1, 1000] 请不要使用内置的双端队列库。

来源:力扣(LeetCode) 难度:中等
链接:https://leetcode-cn.com/problems/design-circular-deque

typedef struct MyCircularDeque 
{
    int front;
    int rear;
    int MAXSIZE;
    int data[];     //这是伸缩型数组成员,可以理解为动态数组,大小依据内存分配而定。不明白自行查阅
} MyCircularDeque;


bool myCircularDequeIsEmpty(MyCircularDeque* obj);
bool myCircularDequeIsFull(MyCircularDeque* obj);


/** Initialize your data structure here. Set the size of the deque to be k. */
MyCircularDeque* myCircularDequeCreate(int k) {
    MyCircularDeque* obj = (MyCircularDeque*)malloc(sizeof(MyCircularDeque) + (k + 1) * sizeof(int));
    if(!obj)
        return NULL;
    memset(obj, 0, sizeof(MyCircularDeque) + (k + 1) * sizeof(int));
    obj->MAXSIZE = k + 1;

    return obj;
}

/** Adds an item at the front of Deque. Return true if the operation is successful. */
bool myCircularDequeInsertFront(MyCircularDeque* obj, int value) {
    if(myCircularDequeIsFull(obj))
        return false;

    obj->front = (obj->front - 1 + obj->MAXSIZE) % obj->MAXSIZE;
    obj->data[obj->front] = value;
    return true;
}

/** Adds an item at the rear of Deque. Return true if the operation is successful. */
bool myCircularDequeInsertLast(MyCircularDeque* obj, int value) {
    if(myCircularDequeIsFull(obj))
        return false;

    obj->data[obj->rear] = value;
    obj->rear = (obj->rear + 1) % obj->MAXSIZE;
    return true;
}

/** Deletes an item from the front of Deque. Return true if the operation is successful. */
bool myCircularDequeDeleteFront(MyCircularDeque* obj) {
    if(myCircularDequeIsEmpty(obj))
        return false;
    
    obj->front = (obj->front + 1) % obj->MAXSIZE;
    return true;
}

/** Deletes an item from the rear of Deque. Return true if the operation is successful. */
bool myCircularDequeDeleteLast(MyCircularDeque* obj) {  //OVER
    if(myCircularDequeIsEmpty(obj))
        return false;

     obj->rear = (obj->rear - 1 + obj->MAXSIZE) % obj->MAXSIZE;
     return true;
}

/** Get the front item from the deque. */
int myCircularDequeGetFront(MyCircularDeque* obj) { //OVER
    return myCircularDequeIsEmpty(obj) ? -1 : obj->data[obj->front];
}

/** Get the last item from the deque. */
int myCircularDequeGetRear(MyCircularDeque* obj) {  //OVER
    if(myCircularDequeIsEmpty(obj))
        return -1;

    int index = (obj->rear - 1 +obj->MAXSIZE) % obj->MAXSIZE;
    return obj->data[index];
}

/** Checks whether the circular deque is empty or not. */
bool myCircularDequeIsEmpty(MyCircularDeque* obj) { //OVER
    return obj->rear == obj->front ? true : false;
}

/** Checks whether the circular deque is full or not. */
bool myCircularDequeIsFull(MyCircularDeque* obj) {  //OVER
    return (obj->rear +1) % obj->MAXSIZE == obj->front ? true : false;
}

void myCircularDequeFree(MyCircularDeque* obj) {    //OVER
    free(obj);
    obj = NULL;
}

声明:上面的代码已经通过了LeetCode OJ系统的检测,安心使用。

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