基本数据结构-双端队列（Deque）

以下是关于 双端队列（Deque） 的详细说明和 Python 实现，使用 Markdown 格式进行排版：

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一、双端队列（Deque）

1. 概念

• 定义：双端队列（Deque，Double-Ended Queue）是一种有序集合，类似于队列，但具有两个端部：首部（Front） 和 尾部（Rear）。元素在集合中的顺序保持不变。

2. 特性

• 灵活性：Deque 的特殊之处在于，添加和删除操作是非限制性的。可以在 首部或尾部 添加新元素，也可以从 首部或尾部 删除元素。
• 功能强大：Deque 结合了栈（Stack）和队列（Queue）的特性，提供了更灵活的操作方式。
• 无固定顺序：与栈（LIFO）和队列（FIFO）不同，Deque 不强制要求特定的顺序。具体操作取决于使用场景。

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二、Python 实现 Deque

1. Deque 的抽象数据类型定义

• 操作：
  • Deque()：创建一个空的 Deque，不需要参数，返回一个空的 Deque。
  • addFront(item)：在 Deque 的首部添加一个元素，需要一个参数 item，不返回任何内容。
  • addRear(item)：在 Deque 的尾部添加一个元素，需要一个参数 item，不返回任何内容。
  • removeFront()：从 Deque 的首部移除一个元素，不需要参数，返回移除的元素。
  • removeRear()：从 Deque 的尾部移除一个元素，不需要参数，返回移除的元素。
  • isEmpty()：检查 Deque 是否为空，不需要参数，返回一个布尔值。
  • size()：返回 Deque 中的元素数量，不需要参数，返回一个整数。

2. Python 实现

class Deque:
    def __init__(self):
        """创建一个空的 Deque"""
        self.items = []

    def isEmpty(self):
        """检查 Deque 是否为空"""
        return self.items == []

    def addFront(self, item):
        """在 Deque 的首部添加一个元素"""
        self.items.append(item)

    def addRear(self, item):
        """在 Deque 的尾部添加一个元素"""
        self.items.insert(0, item)

    def removeFront(self):
        """从 Deque 的首部移除一个元素"""
        if not self.isEmpty():
            return self.items.pop()
        else:
            raise IndexError("removeFront from empty Deque")

    def removeRear(self):
        """从 Deque 的尾部移除一个元素"""
        if not self.isEmpty():
            return self.items.pop(0)
        else:
            raise IndexError("removeRear from empty Deque")

    def size(self):
        """返回 Deque 中的元素数量"""
        return len(self.items)

3. 测试代码

# 创建一个空的 Deque
dq = Deque()

# 添加元素
dq.addFront(10)
dq.addRear(20)
dq.addFront(5)
dq.addRear(30)

# 查看 Deque 的内容
print("Deque content:", dq.items)  # 输出: [30, 20, 10, 5]

# 移除元素
print("Removed from front:", dq.removeFront())  # 输出: 5
print("Removed from rear:", dq.removeRear())    # 输出: 30

# 查看 Deque 的内容
print("Deque content:", dq.items)  # 输出: [20, 10]

# 检查是否为空
print("Is Deque empty?", dq.isEmpty())  # 输出: False

# 查看 Deque 的大小
print("Deque size:", dq.size())  # 输出: 2

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三、应用场景

• 回文检测：利用 Deque 的首尾操作特性，可以高效地检查字符串是否为回文。
• 多端操作：在需要同时从首部和尾部操作数据的场景中，Deque 提供了极大的灵活性。
• 模拟栈和队列：Deque 可以模拟栈（LIFO）和队列（FIFO）的行为，具体取决于操作方式。

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四、总结

• Deque 的优势：
  • 提供了栈和队列的特性，操作灵活。
  • 首尾操作的时间复杂度均为 O(1)。
• 适用场景：
  • 需要同时从首部和尾部操作数据。
  • 需要动态模拟栈或队列的行为。

希望这个实现和说明能帮助你更好地理解双端队列（Deque）的特性及其应用！