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2023-08-21 19:32:37 +08:00
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@@ -4,7 +4,7 @@ comments: true
# 5.3   双向队列
对于队列,我们仅能在头部删除或在尾部添加元素。然而,「双向队列 deque」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。
队列,我们仅能在头部删除或在尾部添加元素。如下图所示,「双向队列 deque」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。
![双向队列的操作](deque.assets/deque_operations.png)
@@ -336,7 +336,7 @@ comments: true
对于双向队列而言,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。
我们将双向链表的头节点和尾节点视为双向队列的队首和队尾,同时实现在两端添加和删除节点的功能。
如下图所示,我们将双向链表的头节点和尾节点视为双向队列的队首和队尾,同时实现在两端添加和删除节点的功能。
=== "LinkedListDeque"
![基于链表实现双向队列的入队出队操作](deque.assets/linkedlist_deque.png)
@@ -355,7 +355,7 @@ comments: true
<p align="center"> 图:基于链表实现双向队列的入队出队操作 </p>
以下是具体实现代码。
实现代码如下所示
=== "Java"
@@ -1975,7 +1975,7 @@ comments: true
### 2. &nbsp; 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。
如下图所示,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。
=== "ArrayDeque"
![基于数组实现双向队列的入队出队操作](deque.assets/array_deque.png)
@@ -1994,7 +1994,7 @@ comments: true
<p align="center"> 图:基于数组实现双向队列的入队出队操作 </p>
以下是具体实现代码
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
=== "Java"

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@@ -6,7 +6,7 @@ comments: true
「队列 queue」是一种遵循先入先出规则的线性数据结构。顾名思义队列模拟了排队现象即新来的人不断加入队列的尾部而位于队列头部的人逐个离开。
我们队列的头部称为“队首”,尾部称为“队尾”,将元素加入队尾的操作称为“入队”,删除队首元素的操作称为“出队”。
如下图所示,我们队列的头部称为“队首”,尾部称为“队尾”,将元素加入队尾的操作称为“入队”,删除队首元素的操作称为“出队”。
![队列的先入先出规则](queue.assets/queue_operations.png)
@@ -299,7 +299,7 @@ comments: true
### 1. &nbsp; 基于链表的实现
对于链表实现,我们可以将链表的“头节点”和“尾节点”分别视为“队首”和“队尾”,规定队尾仅可添加节点,队首仅可删除节点。
如下图所示,我们可以将链表的“头节点”和“尾节点”分别视为“队首”和“队尾”,规定队尾仅可添加节点,队首仅可删除节点。
=== "LinkedListQueue"
![基于链表实现队列的入队出队操作](queue.assets/linkedlist_queue.png)
@@ -312,7 +312,7 @@ comments: true
<p align="center"> 图:基于链表实现队列的入队出队操作 </p>
以下是用链表实现队列的示例代码。
以下是用链表实现队列的代码。
=== "Java"
@@ -1188,10 +1188,10 @@ comments: true
我们可以使用一个变量 `front` 指向队首元素的索引,并维护一个变量 `queSize` 用于记录队列长度。定义 `rear = front + queSize` ,这个公式计算出的 `rear` 指向队尾元素之后的下一个位置。
基于此设计,**数组中包含元素的有效区间为 [front, rear - 1]**进而:
基于此设计,**数组中包含元素的有效区间为 `[front, rear - 1]`**各种操作的实现方法如下图所示。
- 对于入队操作将输入元素赋值给 `rear` 索引处,并将 `queSize` 增加 1 。
- 对于出队操作只需将 `front` 增加 1 ,并将 `queSize` 减少 1 。
- 入队操作将输入元素赋值给 `rear` 索引处,并将 `queSize` 增加 1 。
- 出队操作只需将 `front` 增加 1 ,并将 `queSize` 减少 1 。
可以看到,入队和出队操作都只需进行一次操作,时间复杂度均为 $O(1)$ 。

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@@ -8,7 +8,7 @@ comments: true
我们可以将栈类比为桌面上的一摞盘子,如果需要拿出底部的盘子,则需要先将上面的盘子依次取出。我们将盘子替换为各种类型的元素(如整数、字符、对象等),就得到了栈数据结构。
在栈中,我们把堆叠元素的顶部称为“栈顶”,底部称为“栈底”。将把元素添加到栈顶的操作叫做“入栈”,删除栈顶元素的操作叫做“出栈”。
如下图所示,我们把堆叠元素的顶部称为“栈顶”,底部称为“栈底”。将把元素添加到栈顶的操作叫做“入栈”,删除栈顶元素的操作叫做“出栈”。
![栈的先入后出规则](stack.assets/stack_operations.png)
@@ -301,7 +301,7 @@ comments: true
使用链表来实现栈时,我们可以将链表的头节点视为栈顶,尾节点视为栈底。
对于入栈操作,我们只需将元素插入链表头部,这种节点插入方法被称为“头插法”。而对于出栈操作,只需将头节点从链表中删除即可。
如下图所示,对于入栈操作,我们只需将元素插入链表头部,这种节点插入方法被称为“头插法”。而对于出栈操作,只需将头节点从链表中删除即可。
=== "LinkedListStack"
![基于链表实现栈的入栈出栈操作](stack.assets/linkedlist_stack.png)
@@ -1070,7 +1070,7 @@ comments: true
### 2. &nbsp; 基于数组的实现
使用数组实现栈时,我们可以将数组的尾部作为栈顶。在这样的设计下,入栈与出栈操作分别对应在数组尾部添加元素与删除元素,时间复杂度都为 $O(1)$ 。
使用数组实现栈时,我们可以将数组的尾部作为栈顶。如下图所示,入栈与出栈操作分别对应在数组尾部添加元素与删除元素,时间复杂度都为 $O(1)$ 。
=== "ArrayStack"
![基于数组实现栈的入栈出栈操作](stack.assets/array_stack.png)
@@ -1675,11 +1675,11 @@ comments: true
## 5.1.3 &nbsp; 两种实现对比
### 1. &nbsp; 支持操作
**支持操作**
两种实现都支持栈定义中的各项操作。数组实现额外支持随机访问,但这已超出了栈的定义范畴,因此一般不会用到。
### 2. &nbsp; 时间效率
**时间效率**
在基于数组的实现中,入栈和出栈操作都是在预先分配好的连续内存中进行,具有很好的缓存本地性,因此效率较高。然而,如果入栈时超出数组容量,会触发扩容机制,导致该次入栈操作的时间复杂度变为 $O(n)$ 。
@@ -1690,7 +1690,7 @@ comments: true
- 基于数组实现的栈在触发扩容时效率会降低,但由于扩容是低频操作,因此平均效率更高。
- 基于链表实现的栈可以提供更加稳定的效率表现。
### 3. &nbsp; 空间效率
**空间效率**
在初始化列表时,系统会为列表分配“初始容量”,该容量可能超过实际需求。并且,扩容机制通常是按照特定倍率(例如 2 倍)进行扩容,扩容后的容量也可能超出实际需求。因此,**基于数组实现的栈可能造成一定的空间浪费**。