双向队列
在队列中，我们仅能删除头部元素或在尾部添加元素。双向队列提供了更高的灵活性，允许在头部和尾部执行元素的添加或删除操作。
双向队列常用操作
| 方法名 | 描述 | 时间复杂度 |
|---|---|---|
push_first() |
将元素添加至队首 | O(1) |
push_last() |
将元素添加至队尾 | O(1) |
pop_first() |
删除队首元素 | O(1) |
pop_last() |
删除队尾元素 | O(1) |
peek_first() |
访问队首元素 | O(1) |
peek_last() |
访问队尾元素 | O(1) |
go
/* 初始化双向队列 */
// 在 Go 中，将 list 作为双向队列使用
deque := list.New()
/* 元素入队 */
deque.PushBack(2) // 添加至队尾
deque.PushBack(5)
deque.PushBack(4)
deque.PushFront(3) // 添加至队首
deque.PushFront(1)
/* 访问元素 */
front := deque.Front() // 队首元素
rear := deque.Back() // 队尾元素
/* 元素出队 */
deque.Remove(front) // 队首元素出队
deque.Remove(rear) // 队尾元素出队
/* 获取双向队列的长度 */
size := deque.Len()
/* 判断双向队列是否为空 */
isEmpty := deque.Len() == 0双向队列实现
双向队列的实现与队列类似，可以选择链表或数组作为底层数据结构。
基于双向链表的实现
双向队列，头部和尾部都可以执行入队和出队操作。换句话说，双向队列需要实现另一个对称方向的操作。为此，我们采用"双向链表"作为双向队列的底层数据结构。
go
/* 基于双向链表实现的双向队列 */
type linkedListDeque struct {
// 使用内置包 list
data *list.List
}
/* 初始化双端队列 */
func newLinkedListDeque() *linkedListDeque {
return &linkedListDeque{
data: list.New(),
}
}
/* 队首元素入队 */
func (s *linkedListDeque) pushFirst(value any) {
s.data.PushFront(value)
}
/* 队尾元素入队 */
func (s *linkedListDeque) pushLast(value any) {
s.data.PushBack(value)
}
/* 队首元素出队 */
func (s *linkedListDeque) popFirst() any {
if s.isEmpty() {
return nil
}
e := s.data.Front()
s.data.Remove(e)
return e.Value
}
/* 队尾元素出队 */
func (s *linkedListDeque) popLast() any {
if s.isEmpty() {
return nil
}
e := s.data.Back()
s.data.Remove(e)
return e.Value
}
/* 访问队首元素 */
func (s *linkedListDeque) peekFirst() any {
if s.isEmpty() {
return nil
}
e := s.data.Front()
return e.Value
}
/* 访问队尾元素 */
func (s *linkedListDeque) peekLast() any {
if s.isEmpty() {
return nil
}
e := s.data.Back()
return e.Value
}
/* 获取队列的长度 */
func (s *linkedListDeque) size() int {
return s.data.Len()
}
/* 判断队列是否为空 */
func (s *linkedListDeque) isEmpty() bool {
return s.data.Len() == 0
}
/* 获取 List 用于打印 */
func (s *linkedListDeque) toList() *list.List {
return s.data
}基于数组的实现
与基于数组实现队列类似，我们也可以使用环形数组来实现双向队列。
在队列的实现基础上，仅需增加"队首入队"和"队尾出队"的方法
go
/* 基于环形数组实现的双向队列 */
type arrayDeque struct {
nums []int // 用于存储双向队列元素的数组
front int // 队首指针，指向队首元素
queSize int // 双向队列长度
queCapacity int // 队列容量（即最大容纳元素数量）
}
/* 初始化队列 */
func newArrayDeque(queCapacity int) *arrayDeque {
return &arrayDeque{
nums: make([]int, queCapacity),
queCapacity: queCapacity,
front: 0,
queSize: 0,
}
}
/* 获取双向队列的长度 */
func (q *arrayDeque) size() int {
return q.queSize
}
/* 判断双向队列是否为空 */
func (q *arrayDeque) isEmpty() bool {
return q.queSize == 0
}
/* 计算环形数组索引 */
func (q *arrayDeque) index(i int) int {
// 通过取余操作实现数组首尾相连
// 当 i 越过数组尾部后，回到头部
// 当 i 越过数组头部后，回到尾部
return (i + q.queCapacity) % q.queCapacity
}
/* 队首入队 */
func (q *arrayDeque) pushFirst(num int) {
if q.queSize == q.queCapacity {
fmt.Println("双向队列已满")
return
}
// 队首指针向左移动一位
// 通过取余操作实现 front 越过数组头部后回到尾部
q.front = q.index(q.front - 1)
// 将 num 添加至队首
q.nums[q.front] = num
q.queSize++
}
/* 队尾入队 */
func (q *arrayDeque) pushLast(num int) {
if q.queSize == q.queCapacity {
fmt.Println("双向队列已满")
return
}
// 计算队尾指针，指向队尾索引 + 1
rear := q.index(q.front + q.queSize)
// 将 num 添加至队尾
q.nums[rear] = num
q.queSize++
}
/* 队首出队 */
func (q *arrayDeque) popFirst() any {
num := q.peekFirst()
if num == nil {
return nil
}
// 队首指针向后移动一位
q.front = q.index(q.front + 1)
q.queSize--
return num
}
/* 队尾出队 */
func (q *arrayDeque) popLast() any {
num := q.peekLast()
if num == nil {
return nil
}
q.queSize--
return num
}
/* 访问队首元素 */
func (q *arrayDeque) peekFirst() any {
if q.isEmpty() {
return nil
}
return q.nums[q.front]
}
/* 访问队尾元素 */
func (q *arrayDeque) peekLast() any {
if q.isEmpty() {
return nil
}
// 计算尾元素索引
last := q.index(q.front + q.queSize - 1)
return q.nums[last]
}
/* 获取 Slice 用于打印 */
func (q *arrayDeque) toSlice() []int {
// 仅转换有效长度范围内的列表元素
res := make([]int, q.queSize)
for i, j := 0, q.front; i < q.queSize; i++ {
res[i] = q.nums[q.index(j)]
j++
}
return res
}