【数据结构-队列】双端队列

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博客目录

      • 1.概述
      • 2.方法比较
      • 3.接口定义
      • 4.链表实现
      • 5.数组实现
    • 二.题目练习
      • 1.二叉树的锯齿形层序遍历-力扣 103 题
      • 2.设计双端队列-力扣 641 题

1.概述

双端队列、队列、栈对比

定义特点
队列一端删除(头)另一端添加(尾)First In First Out
一端删除和添加(顶)Last In First Out
双端队列两端都可以删除、添加
优先级队列优先级高者先出队
延时队列根据延时时间确定优先级
并发非阻塞队列队列空或满时不阻塞
并发阻塞队列队列空时删除阻塞、队列满时添加阻塞

2.方法比较

注 1:

  • Java 中 LinkedList 即为典型双端队列实现,不过它同时实现了 Queue 接口,也提供了栈的 push pop 等方法

注 2:

  • 不同语言,操作双端队列的方法命名有所不同,参见下表

    操作JavaJavaScriptC++leetCode 641
    尾部插入offerLastpushpush_backinsertLast
    头部插入offerFirstunshiftpush_frontinsertFront
    尾部移除pollLastpoppop_backdeleteLast
    头部移除pollFirstshiftpop_frontdeleteFront
    尾部获取peekLastat(-1)backgetRear
    头部获取peekFirstat(0)frontgetFront
  • 吐槽一下 leetCode 命名比较 low

  • 常见的单词还有 enqueue 入队、dequeue 出队

3.接口定义

public interface Deque<E> {boolean offerFirst(E e);boolean offerLast(E e);E pollFirst();E pollLast();E peekFirst();E peekLast();boolean isEmpty();boolean isFull();
}

4.链表实现

/*** 基于环形链表的双端队列* @param <E> 元素类型*/
public class LinkedListDeque<E> implements Deque<E>, Iterable<E> {@Overridepublic boolean offerFirst(E e) {if (isFull()) {return false;}size++;Node<E> a = sentinel;Node<E> b = sentinel.next;Node<E> offered = new Node<>(a, e, b);a.next = offered;b.prev = offered;return true;}@Overridepublic boolean offerLast(E e) {if (isFull()) {return false;}size++;Node<E> a = sentinel.prev;Node<E> b = sentinel;Node<E> offered = new Node<>(a, e, b);a.next = offered;b.prev = offered;return true;}@Overridepublic E pollFirst() {if (isEmpty()) {return null;}Node<E> a = sentinel;Node<E> polled = sentinel.next;Node<E> b = polled.next;a.next = b;b.prev = a;size--;return polled.value;}@Overridepublic E pollLast() {if (isEmpty()) {return null;}Node<E> polled = sentinel.prev;Node<E> a = polled.prev;Node<E> b = sentinel;a.next = b;b.prev = a;size--;return polled.value;}@Overridepublic E peekFirst() {if (isEmpty()) {return null;}return sentinel.next.value;}@Overridepublic E peekLast() {if (isEmpty()) {return null;}return sentinel.prev.value;}@Overridepublic boolean isEmpty() {return size == 0;}@Overridepublic boolean isFull() {return size == capacity;}@Overridepublic Iterator<E> iterator() {return new Iterator<E>() {Node<E> p = sentinel.next;@Overridepublic boolean hasNext() {return p != sentinel;}@Overridepublic E next() {E value = p.value;p = p.next;return value;}};}static class Node<E> {Node<E> prev;E value;Node<E> next;public Node(Node<E> prev, E value, Node<E> next) {this.prev = prev;this.value = value;this.next = next;}}Node<E> sentinel = new Node<>(null, null, null);int capacity;int size;public LinkedListDeque(int capacity) {sentinel.next = sentinel;sentinel.prev = sentinel;this.capacity = capacity;}
}

5.数组实现

/*** 基于循环数组实现, 特点* <ul>*     <li>tail 停下来的位置不存储, 会浪费一个位置</li>* </ul>* @param <E>*/
public class ArrayDeque1<E> implements Deque<E>, Iterable<E> {/*ht0   1   2   3b           a*/@Overridepublic boolean offerFirst(E e) {if (isFull()) {return false;}head = dec(head, array.length);array[head] = e;return true;}@Overridepublic boolean offerLast(E e) {if (isFull()) {return false;}array[tail] = e;tail = inc(tail, array.length);return true;}@Overridepublic E pollFirst() {if (isEmpty()) {return null;}E e = array[head];array[head] = null;head = inc(head, array.length);return e;}@Overridepublic E pollLast() {if (isEmpty()) {return null;}tail = dec(tail, array.length);E e = array[tail];array[tail] = null;return e;}@Overridepublic E peekFirst() {if (isEmpty()) {return null;}return array[head];}@Overridepublic E peekLast() {if (isEmpty()) {return null;}return array[dec(tail, array.length)];}@Overridepublic boolean isEmpty() {return head == tail;}@Overridepublic boolean isFull() {if (tail > head) {return tail - head == array.length - 1;} else if (tail < head) {return head - tail == 1;} else {return false;}}@Overridepublic Iterator<E> iterator() {return new Iterator<E>() {int p = head;@Overridepublic boolean hasNext() {return p != tail;}@Overridepublic E next() {E e = array[p];p = inc(p, array.length);return e;}};}E[] array;int head;int tail;@SuppressWarnings("unchecked")public ArrayDeque1(int capacity) {array = (E[]) new Object[capacity + 1];}static int inc(int i, int length) {if (i + 1 >= length) {return 0;}return i + 1;}static int dec(int i, int length) {if (i - 1 < 0) {return length - 1;}return i - 1;}
}

数组实现中,如果存储的是基本类型,那么无需考虑内存释放,例如

image-20230110084245095

但如果存储的是引用类型,应当设置该位置的引用为 null,以便内存及时释放

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二.题目练习

1.二叉树的锯齿形层序遍历-力扣 103 题

给你二叉树的根节点 root ,返回其节点值的 锯齿形层序遍历 。(即先从左往右,再从右往左进行下一层遍历,以此类推,层与层之间交替进行)。

image-20230908093831514

输入:root = [3,9,20,null,null,15,7]
输出:[[3],[20,9],[15,7]]

题解:

public List<List<Integer>> zigzagLevelOrder(TreeNode root) {List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();if (root == null) {return result;}LinkedListQueue<TreeNode> queue = new LinkedListQueue<>();queue.offer(root);int c1 = 1; // 当前层节点数boolean odd = true; // 奇数层while (!queue.isEmpty()) {LinkedList<Integer> level = new LinkedList<>(); // 保存每一层结果int c2 = 0; // 下一层节点数for (int i = 0; i < c1; i++) {TreeNode n = queue.poll();if (odd) {level.offerLast(n.val);} else {level.offerFirst(n.val);}if (n.left != null) {queue.offer(n.left);c2++;}if (n.right != null) {queue.offer(n.right);c2++;}}odd = !odd;result.add(level);c1 = c2;}return result;
}

2.设计双端队列-力扣 641 题

public class LinkedListDeque<E> implements Deque<E>, Iterable<E> {@Overridepublic boolean offerFirst(E e) {if (isFull()) {return false;}Node<E> a = sentinel;Node<E> b = sentinel.next;Node<E> added = new Node<>(a, e, b);a.next = added;b.prev = added;size++;return true;}@Overridepublic boolean offerLast(E e) {if (isFull()) {return false;}Node<E> a = sentinel.prev;Node<E> b = sentinel;Node<E> added = new Node<>(a, e, b);a.next = added;b.prev = added;size++;return false;}// a  b@Overridepublic E pollFirst() {if (isEmpty()) {return null;}Node<E> a = sentinel;Node<E> removed = sentinel.next;Node<E> b = removed.next;a.next = b;b.prev = a;size--;return removed.value;}// a  b@Overridepublic E pollLast() {if (isEmpty()) {return null;}Node<E> b = sentinel;Node<E> removed = sentinel.prev;Node<E> a = removed.prev;a.next = b;b.prev = a;size--;return removed.value;}@Overridepublic E peekFirst() {if (isEmpty()) {return null;}return sentinel.next.value;}@Overridepublic E peekLast() {if (isEmpty()) {return null;}return sentinel.prev.value;}@Overridepublic boolean isEmpty() {return size == 0;}@Overridepublic boolean isFull() {return size == capacity;}@Overridepublic Iterator<E> iterator() {return new Iterator<E>() {Node<E> p = sentinel.next;@Overridepublic boolean hasNext() {return p != sentinel;}@Overridepublic E next() {E value = p.value;p = p.next;return value;}};}static class Node<E> {Node<E> prev;E value;Node<E> next;public Node(Node<E> prev, E value, Node<E> next) {this.prev = prev;this.value = value;this.next = next;}}int capacity;int size;Node<E> sentinel = new Node<>(null, null, null);public LinkedListDeque(int capacity) {this.capacity = capacity;sentinel.next = sentinel;sentinel.prev = sentinel;}
}

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