Python 双端队列 deque

Python 标准库 collections 提供了 deque 类型, 两端均可以操作, 相当于双端队列

对比列表

list

list 在内部以动态数组实现, 创建时需要预先分配额外空间, 以索引的方式访问元素的时间复杂度为 O(1), 但是在列表中间插入或删除元素时需要移动元素, 时间复杂度为 O(n)

当然, 如果每次都在末尾新增(append)或删除元素(pop), 也可以获得 O(1) 的插入和删除性能

deque

deque 的底层使用双向链表, 创建时不需要预留空间, 在中间插入或删除元素时不需要移动元素, 不能快速随机访问中间的元素

操作

新建双端队列

deque([iterable[, maxlen]])

不指定 maxlen 或 maxlen 为 None 时, 不限制 deque 的长度

如果指定了最大长度 maxlen, 一旦 deque 的元素数量达到最大长度, 再次从一端新增元素时, deque 会自动在另一端弹出元素

>>> from collections import deque
>>> d1 = deque()
>>> d1
deque([])

>>> d2 = deque('123')
>>> d2
deque(['1', '2', '3'])

>>> d3 = deque('1', maxlen=1)
>>> d3
deque(['1'], maxlen=1)
>>> d3.append('2')
>>> d3
deque(['2'], maxlen=1)

入队以及出队

从队尾(右端)入队或出队

d.append(x)
d.extend(iterable)
d.pop() 队列为空时抛出 IndexError

>>> d = deque('12')
>>> d
deque(['1', '2'])
>>> d.append('3')
>>> d
deque(['1', '2', '3'])
>>> d.extend('45')
>>> d
deque(['1', '2', '3', '4', '5'])

>>> d.pop()
'5'
>>> d
deque(['1', '2', '3', '4'])

从队首(左端)入队或出队

d.appendleft(x)
d.extendleft(iterable)
d.popleft() 队列为空时抛出 IndexError

>>> d = deque('12')
>>> d
deque(['1', '2'])
>>> d.appendleft('3')
>>> d
deque(['3', '1', '2'])
>>> d.extendleft('45')
>>> d
deque(['5', '4', '3', '1', '2'])
>>> d.popleft()
'5'
>>> d
deque(['4', '3', '1', '2'])

类似于列表的操作

deque 也属于序列类型, 有许多操作与列表类似

>>> from collections.abc import Sequence
>>> issubclass(deque, Sequence)
True

长度

len(d) 双端队列中元素的个数

算术运算

类似于列表:

+ 连接两个双端队列
* 所有元素重复

>>> d_1 = deque('12')
>>> d_2 = deque('3')
>>> d_1 + d_2
deque(['1', '2', '3'])

>>> d_1 * 2
deque(['1', '2', '1', '2'])

索引取值和赋值

deque 索引访问两端元素的时间复杂度为 O(1), 访问中间元素的时间复杂度为 O(n) (底层需要遍历链表)

>>> d = deque([1, 2, 3])
>>> d[1]
2
>>> d[-1]
3
>>> d[1] = 0
>>> d
deque([1, 0, 3])

索引对应的元素不存在时报错

插入删除清空拷贝逆序

类似于列表的方法

d.insert(i, x) 插入元素, 注意 deque 已经达到最大长度时再插入会报错)
d.remove(value) 删除元素, 存在多个 value 时删除索引最小的那个值, 没有该值时抛出 ValueError
d.clear() 清空
D = d.copy 浅拷贝
d.reverse() 逆序(修改 deque 本身)

>>> d = deque([1, 2], maxlen=4)
>>> 
>>> d.insert(0, 0)
>>> d
deque([0, 1, 2], maxlen=4)
>>> d.insert(-1, 3)
>>> d
deque([0, 1, 3, 2], maxlen=4)
# deque 已满
>>> d.insert(1, 5)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: deque already at its maximum size

>>> d.remove(3)
>>> d
deque([0, 1, 2], maxlen=4)

>>> d.reverse()
>>> d
deque([2, 1, 0], maxlen=4)

>>> d.clear()
>>> d
deque([], maxlen=4)

索引与计数

index(x[, start[, stop]]) 返回第一次出现的索引, 没有该值时抛出 ValueError
count(x) 返回该值出现的次数

>>> d = deque([1, 2, 2, 3, 4])
>>> d.index(2)
1
>>> d.count(2)
2

特有操作

rotate(n=1) 循环右移(修改 deque 本身)

>>> d = deque('ABCD')
>>> d
deque(['A', 'B', 'C', 'D'])
>>> d.rotate(1)
>>> d
deque(['D', 'A', 'B', 'C'])
>>> d.rotate(2)
>>> d
deque(['B', 'C', 'D', 'A'])