数据结构与算法(基本数据结构-双端队列)

一、双端队列（Deque）

　　概念：deque（也称为双端队列）是与队列类似的项的有序集合。它有两个端部，首部和尾部，并且项在集合中保持不变。

　　特性：deque 特殊之处在于添加和删除项是非限制性的。可以在前面或后面添加新项。同样，可以从任一端移除现有项。在某种意义上，这种混合线性结构提供了单个数据结构中的栈和队列的所有能力。

　　注意：即使 deque 可以拥有栈和队列的许多特性，它不需要由那些数据结构强制的 LIFO 和 FIFO 排序。这取决于你如何持续添加和删除操作。

二、Python实现Deque

　　Deque的抽象数据类型应该由以下结构和操作定义。其中元素可以从首部或尾部的任一端添加和移除。Deque操作如下：

• • Deque() 创建一个空的新 deque。它不需要参数，并返回空的 deque。
  • addFront(item) 将一个新项添加到 deque 的首部。它需要 item 参数 并不返回任何内容。
  • addRear(item) 将一个新项添加到 deque 的尾部。它需要 item 参数并不返回任何内容。
  • removeFront() 从 deque 中删除首项。它不需要参数并返回 item。deque 被修改。
  • removeRear() 从 deque 中删除尾项。它不需要参数并返回 item。deque 被修改。
  • isEmpty() 测试 deque 是否为空。它不需要参数，并返回布尔值。
  • size() 返回 deque 中的项数。它不需要参数，并返回一个整数。

 　　创建双端队列：

# 创建双端队列
class Dequeue():
    def __init__(self):
        self.items = []
        
    # 从队列头部插入数据
    def addFont(self,item):
        self.items.insert(0,item)
        
    # 从队列尾部插入数据
    def addRear(self,item):
        self.items.append(item)
        
    # 队头取出元素
    def removeFont(self):
        return self.items.pop()
    
    # 队尾取元素
    def removeRear(self):
        return self.items.pop(0)
    
    # 获取队列长度
    def size(self):
        return len(self.items)

　　队列测试：

q = Dequeue()
q.addFont(1)
q.addFont(2)
q.addFont(3)

# print(q.removeFont())
# print(q.removeFont())
# print(q.removeFont())
print(q.removeRear())
print(q.removeRear())
print(q.removeRear())

# 结果>>>
3
2
1

三、双端队列的应用案例(回文检查)

　　回文检测：设计程序，检测一个字符串是否为回文。

　　回文：回文是一个字符串，读取首尾相同的字符，例如，radar toot madam。

　　分析：该问题的解决方案将使用 deque 来存储字符串的字符。我们从左到右处理字符串，并将每个字符添加到 deque 的尾部。在这一点上，deque 像一个普通的队列。然而，我们现在可以利用 deque 的双重功能。 deque 的首部保存字符串的第一个字符，deque 的尾部保存最后一个字符。我们可以直接删除并比较首尾字符，只有当它们匹配时才继续。如果可以持续匹配首尾字符，我们最终要么用完字符，要么留出大小为 1 的deque，取决于原始字符串的长度是偶数还是奇数。在任一情况下，字符串都是回文。

# 实例：回文检测
def isHuiWen(s):
    de = Dequeue()
    ex = True
    
    # 条件需要测试的回文数据
    for sr in s:
        de.addFont(sr)
        
    # 回文长度大于1时
    while de.size() > 1:
        # 删除队首元素(pop出队列右边的最后一个值)
        # 删除队尾元素(pop出队列左边的第一个值)
        if de.removeFont() != de.removeRear():
            ex = False
            break
            
    # 返回测试结果：回文(True),不是回文(False)
    return ex
        

　　回文测试：

print(isHuiWen('abcba'))
# 结果>>>True


print(isHuiWen('adfdba'))
# 结果>>>False