【左程云算法笔记016】双端队列-双链表和固定数组实现 - 教程

1）双端队列的介绍

2）双端队列用双链表的实现代码演示

3）双端队列用固定数组的实现

代码演示

视频

【算法讲解016【入门】双端队列-双链表和固定数组实现】

Leecode

leecode641 设计循环双端队列

1）双端队列的介绍

可以从头部进，可以从头部出；也可以从尾部进，可以从尾部出。这种结构叫双端队列

双向链表为了跳转容易，在数外边设置一个节点包着，前指针，后指针。

比如我之前有个a，头指空，尾指空。

我现在又加了个b，那么b的头指针指向a，尾指针指向空，尾巴来到b上

我再加个c，一样的。我又想在头部加个d，一样思路所以头部加数尾部加数就会了

头部弹出尾部弹出怎么办？

头部弹出

头移到a，a的前指针指向null，c或c++的同学把d释放掉，java会自己释放不用管。

同样方法把a弹出。

想从尾部弹出呢？

尾巴向前跳一个，让b的next指针指向空。c或c++的同学把d释放掉，java会自己释放不用管。

2）双端队列用双链表的实现代码演示

package C16;
import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;
public class Video_016_Deque {
class MyCircularDeque1{
//Deque是接口 是泛型，相当于Deque 的意思就是：“这是一个双端队列，并且我给它贴上了**‘只能存放整数 (Integer)’**的标签。”
public Deque deque = new LinkedList<>();
//“我要声明 (declare) 一个变量，它的名字叫 deque。这个变量是 public（公开）的，并且它的类型是一个贴着 Integer（整数）标签的 Deque（双端队列功能清单）。”
public int size;
public int limit;
/**
* 初始化一个容量为k的双端队列
* @param k 队列的容量
*/
public MyCircularDeque1(int k){
//“现在，我要创建一个真正能干活的工人（new LinkedList<>()），这个工人完全遵守了 Deque 的规范，然后让我的 deque 变量去管理（指向）这个工人。”
deque = new LinkedList<>();
//初始时，队列中没有元素
size = 0;
//设置容量上限
limit = k;
}
/**
* 将一个元素添加到队首，如果操作成功，返回true
*/
public boolean insertFront(int value) {
//在插入前检查队列是否已满
if(isFull()){
return false;//满了，添加失败
}
//调用LinkList自带的方法offerFirst(),它会高效地将元素添加到链表头部
deque.offerFirst(value);
//元素数量加1
size++;
//插入成功
return true;
}
/**
* 将一个元素添加到队尾，如果操作成功返回true
*/
public boolean insertLast(int value){
//同样先检查队列是否已经满了
if(isFull()){
return false;
}
//调用自带的方法offerLast()，它会高效地将元素添加到链表尾部
deque.offerLast(value);
size++;
return true;
}
/**
* 从队首删除一个元素，如果操作成功返回true
*/
public boolean deleteFront(){
//跟之前一样的操作
if(isEmpty()){
return false;
}
deque.pollFirst();
size--;
return true;
}
public boolean deleteLast(){
if(isEmpty()){
return false;
}
deque.pollLast();
size--;
return true;
}
/**
* 从队首获取元素，如果队列为空返回-1
*/
public  int getFront(){
if (isEmpty()) {
return -1;
}
// 调用 LinkedList 自带的 peekFirst()，它只查看头部的元素，不移除。
return deque.peekFirst();
}/**
* 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1。
* @return 队尾的元素，或 -1。
*/
public int getRear() {
if (isEmpty()) {
return -1;
}
// 调用 LinkedList 自带的 peekLast()，它只查看尾部的元素，不移除。
return deque.peekLast();
}
/**
* 检查双端队列是否为空。
* @return 为空返回 true，否则返回 false。
*/
public boolean isEmpty() {
// 我们自己维护了 size 变量，用它来判断最简单。
return size == 0;
}
/**
* 检查双端队列是否已满。
* @return 已满返回 true，否则返回 false。
*/
public boolean isFull() {
// 当 size 达到容量上限时，队列就满了。
return size == limit;
}
}
}

3）双端队列用固定数组的实现

用固定数组（动态也可以）

size，l，r

有没有数字或者满没满，size管。如果size等于0，那么l和r等于啥都没意义。

当加入数字a时，把a放在第零位，l到r位置上放a。即第零位到第零位放a。size变为1。

再加入b，r变为第一位。size再加1。

再加c

再加d。

头部再加个e。

怎么做？

l已经在第零位了，怎么办？

加到最后的位置上。

一共不是k位吗？这道题k是10，所以l来到第k-1位置上，即第9位。所以说总结头部添加的办法：当l==0时，放在第k-1位，l=k-1；

当l≠0时，放在第l-1位，l--。

比如再在头部加个f所以现在从头部到尾部的就是890123这样的顺序。

如果再在头部加个g弹出呢？

从头部弹出，也就是l往右窜。即总结为：头部加数那么l往左窜，头部弹数则l往右窜。这就是l的逻辑。

模拟一下全过程

原来是这样

弹出g

弹出f弹出e..

弹出a

弹出b

加入k加入s，加入p，加入l，加入n...

在尾部加入M

所以现在的整个队列就是cdkspcznm

从尾巴弹出总结一下：

从头部加入，l向左走，如果l==0，把数放在k-1的位置，然后赋值l=k-1；

如果l≠0，那么把数放在l-1的位置，然后赋值l--；

从头部出，首先给用户l位置的数[l]，如果l==k-1，那么赋值l=0；

如果l≠k-1，那么赋值l++；

从尾部入，如果l==k-1，把数放在0的位置，然后赋值r=0；

如果r≠k-1，那么把数放在r+1的位置，然后赋值r++；

从尾出，首先给用户r位置的数[r]，然后要往左走，所以如果r==0，那么r赋值为k-1，即第k-1位；

如果r≠0呢？从尾出那么就是r--就行了。

这就是所有的逻辑环形双端队列

代码演示

public class MyCircularDeque2 {
//底层的数据容器，一个固定大小的数组
public  int[] deque;
//l:left/front指针，指向队头元素所在的索引
//r：right/rear指针，指向队尾元素所在的索引
//size:当前队列中的元素数量
//limit：队列的容量上限（数组的大小）
public int l,r,size,limit;
/**
* 构造方法：初始化一个容量为k的双端队列
*/
public MyCircularDeque2(int k){
//创建一个能容纳k个整数的数组
deque = new int[k];
//初始时，所有指针和计数器都为0（或者一个无效状态）
l = r = size = 0;
//设置容量上限
limit = k;
}
/**
* 将一个元素添加到队首
*/
public boolean insertFront(int value){
//先检查是否已经满
if(isEmpty()){
//队头和队尾指针都指向0号位置
l = r = 0;
//在0号位置放入新元素
deque[0] = value;
}else{
//如果不为空，我们需要l往左移动，但如果它本来就在最左边，所以我们将它移动到limit-1位置上
l = l ==0?(limit - 1):(l - 1);
//在计算出的新位置l放入元素
deque[1] = value;
}
//元素数量加1
size++;
return true;
}
/**
* 将一个元素添加到队尾。
*/
public boolean insertLast(int value) {
if (isFull()) {
return false;
}
if (isEmpty()) {
// 和 insertFront 一样，第一个元素 l 和 r 都指向 0
l = r = 0;
deque[0] = value;
} else {
// 移动 r 指针，为新元素在“后面”腾出位置
// 这是另一个“循环”的关键！
// r == limit - 1 ? 0 : (r + 1)
// 意思是：
// 如果 r 指针已经在末尾了 (limit - 1)，那么它的“后一个”位置就是环绕到开头的 0。
// 否则，它的后一个位置就是 r + 1。
r = r == limit - 1 ? 0 : (r + 1);
// 在计算出的新位置 r 放入元素
deque[r] = value;
}
size++;
return true;
}
/**
* 从队首删除一个元素。
*/
public boolean deleteFront() {
if (isEmpty()) {
return false;
}
// 删除队首元素，我们只需要把 l 指针向“后”移动一位即可
// 同样是循环移动
// l == limit - 1 ? 0 : (l + 1)
// 意思是：如果 l 在末尾，下一个位置是 0；否则是 l + 1
l = l == limit - 1 ? 0 : (l + 1);
// 元素数量减 1
size--;
return true;
}
/**
* 从队尾删除一个元素。
*/
public boolean deleteLast() {
if (isEmpty()) {
return false;
}
// 删除队尾元素，我们只需要把 r 指针向“前”移动一位
// 循环移动
// r == 0 ? (limit - 1) : (r - 1)
// 意思是：如果 r 在开头，前一个位置是 limit - 1；否则是 r - 1
r = r == 0 ? (limit - 1) : (r - 1);
size--;
return true;
}
/**
* 从队首获取元素。
*/
public int getFront() {
if (isEmpty()) {
return -1;
}
// 队首元素就是 l 指针指向的元素
return deque[l];
}
/**
* 获取队尾元素。
*/
public int getRear() {
if (isEmpty()) {
return -1;
}
// 队尾元素就是 r 指针指向的元素
return deque[r];
}
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
public boolean isFull() {
return size == limit;
}
}