Python實現的數據結構與算法之雙端隊列詳解

本文實例講述了Python實現的數據結構與算法之雙端隊列。分享給大家供大家參考。具體分析如下：
一、概述
雙端隊列（deque，全名double-ended queue）是一種具有隊列和棧性質的線性數據結構。雙端隊列也擁有兩端：隊首（front）、隊尾（rear），但與隊列不同的是，插入操作在兩端（隊首和隊尾）都可以進行，刪除操作也一樣。
二、ADT
雙端隊列ADT（抽象數據類型）一般提供以下接口：
① Deque() 創建雙端隊列
② addFront(item) 向隊首插入項
③ addRear(item) 向隊尾插入項
④ removeFront() 返回隊首的項，并從雙端隊列中刪除該項
⑤ removeRear() 返回隊尾的項，并從雙端隊列中刪除該項
⑥ empty() 判斷雙端隊列是否為空
⑦ size() 返回雙端隊列中項的個數

雙端隊列操作的示意圖如下：

三、Python實現
在Python中，有兩種方式可以實現上述的雙端隊列ADT：使用內建類型list、使用標準庫collections.deque（其實collections.deque就是Python中雙端隊列的標準實現）。

兩種方式的不同主要體現在性能上（具體參考 collections.deque | TimeComplexity）：
    
操作|實現方式  list  collections.deque
-----------------------------------------
addFront    O(n)  O(1)
-----------------------------------------
addRear     O(1)  O(1)
-----------------------------------------
removeFront   O(n)  O(1)
-----------------------------------------
removeRear   O(1)  O(1)

1、使用內建類型list
    
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Deque:
  def __init__(self):
    self.items = []
  def addFront(self, item):
    self.items.insert(0, item)
  def addRear(self, item):
    self.items.append(item)
  def removeFront(self):
    return self.items.pop(0)
  def removeRear(self):
    return self.items.pop()
  def empty(self):
    return self.size() == 0
  def size(self):
    return len(self.items)

2、使用標準庫collections.deque    
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
from collections import deque
class Deque:
  def __init__(self):
    self.items = deque()
  def addFront(self, item):
    self.items.appendleft(item)
  def addRear(self, item):
    self.items.append(item)
  def removeFront(self):
    return self.items.popleft()
  def removeRear(self):
    return self.items.pop()
  def empty(self):
    return self.size() == 0
  def size(self):
    return len(self.items)

四、應用

回文（palindrome）是正讀反讀都一樣的單詞或句子，是一種修辭方式和文字游戲。

英文例子：

madam
able was i ere i saw elba

中文例子：

花非花
人人為我、我為人人
如果要實現一個 回文驗證算法（驗證一個給定的字符串是否為回文），使用Deque類將非常容易：將字符串存儲到雙端隊列，同時取出首尾字符并比較是否相等，只要有一對字符不等，則該字符串不是回文；若全部相等，則該字符串為回文。具體代碼如下：    
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
def palchecker(aString):
  chardeque = Deque()
  for ch in aString:
    chardeque.addRear(ch)
  while chardeque.size() > 1:
    first = chardeque.removeFront()
    last = chardeque.removeRear()
    if first != last:
      return False
  return True
if __name__ == '__main__':
  str1 = 'able was i ere i saw elba'
  print('"%s" is%s palindrome' % (str1, '' if palchecker(str1) else ' not'))
  str2 = u'人人為我、我為人人'
  print(u'"%s"%s是回文' % (str2, u'' if palchecker(str2) else u'不'))
  str3 = u"What's wrong 怎么啦"
  print(u'"%s"%s是回文' % (str3, u'' if palchecker(str3) else u'不'))

運行結果：    
$ python palchecker.py
"able was i ere i saw elba" is palindrome
"人人為我、我為人人"是回文
"What's wrong 怎么啦"不是回文

希望本文所述對大家的Python程序設計有所幫助。