Python 的 collections 模块

1. deque (双端队列)

定义

deque（读作 “deck”，即双端队列）是一个支持从两端高效添加和删除元素的数据结构。相比列表（list）在头部操作的 O(n) 时间复杂度，deque 的两端操作都是 O(1)。

用途

• 队列和栈：可以用 deque 实现 FIFO（队列）或 LIFO（栈）。
• 滑动窗口：在处理固定大小的窗口问题时，deque 适合维护窗口内的元素。
• BFS（广度优先搜索）：deque 常用于实现队列。
• 字符串或数组的双端操作：需要频繁在两端添加/删除元素时。

常用方法

• append(x)：在右端添加元素 x。
• appendleft(x)：在左端添加元素 x。
• pop()：移除并返回右端元素。
• popleft()：移除并返回左端元素。
• extend(iterable)：将可迭代对象中的元素添加到右端。
• extendleft(iterable)：将可迭代对象中的元素添加到左端（注意顺序会反转）。
• clear()：清空队列。
• rotate(n)：将队列向右旋转 n 步（n 为负数时向左旋转）。

示例代码

from collections import deque

# 创建一个双端队列
d = deque([1, 2, 3])

# 添加元素
d.append(4)       # d = deque([1, 2, 3, 4])
d.appendleft(0)   # d = deque([0, 1, 2, 3, 4])

# 删除元素
right = d.pop()       # right = 4, d = deque([0, 1, 2, 3])
left = d.popleft()    # left = 0, d = deque([1, 2, 3])

# 旋转
d.rotate(1)       # d = deque([3, 1, 2])
d.rotate(-1)      # d = deque([1, 2, 3])

print(d)  # 输出 deque([1, 2, 3])

竞赛场景

在 BFS 中，deque 是实现队列的首选。例如：

from collections import deque

def bfs(start, graph):
    queue = deque([start])
    visited = set([start])
    
    while queue:
        node = queue.popleft()
        print(node, end=' ')
        for neighbor in graph[node]:
            if neighbor not in visited:
                visited.add(neighbor)
                queue.append(neighbor)

# 示例图
graph = {
   
    1: [2, 3],
    2: [1, 4],
    3: [1, 5],
    4: [2],
    5: [3