设计实现双端队列。
实现 MyCircularDeque 类:
MyCircularDeque(int k)：构造函数,双端队列最大为k。boolean insertFront()：将一个元素添加到双端队列头部。 如果操作成功返回true，否则返回false。boolean insertLast()：将一个元素添加到双端队列尾部。如果操作成功返回true，否则返回false。boolean deleteFront()：从双端队列头部删除一个元素。 如果操作成功返回true，否则返回false。boolean deleteLast()：从双端队列尾部删除一个元素。如果操作成功返回true，否则返回false。int getFront())：从双端队列头部获得一个元素。如果双端队列为空，返回-1。int getRear()：获得双端队列的最后一个元素。 如果双端队列为空，返回-1。boolean isEmpty()：若双端队列为空，则返回true，否则返回false。boolean isFull()：若双端队列满了，则返回true，否则返回false。
示例 1：
输入 ["MyCircularDeque", "insertLast", "insertLast", "insertFront", "insertFront", "getRear", "isFull", "deleteLast", "insertFront", "getFront"] [[3], [1], [2], [3], [4], [], [], [], [4], []] 输出 [null, true, true, true, false, 2, true, true, true, 4] 解释 MyCircularDeque circularDeque = new MycircularDeque(3); // 设置容量大小为3 circularDeque.insertLast(1); // 返回 true circularDeque.insertLast(2); // 返回 true circularDeque.insertFront(3); // 返回 true circularDeque.insertFront(4); // 已经满了，返回 false circularDeque.getRear(); // 返回 2 circularDeque.isFull(); // 返回 true circularDeque.deleteLast(); // 返回 true circularDeque.insertFront(4); // 返回 true circularDeque.getFront(); // 返回 4
提示：
1 <= k <= 10000 <= value <= 1000insertFront,insertLast,deleteFront,deleteLast,getFront,getRear,isEmpty,isFull调用次数不大于2000次
解法1：数组
类似题型：LeetCode 622. 设计循环队列-优快云博客
我们利用循环队列实现双端队列。
在循环队列中的基础上，我们增加 insertFront 和 deleteFront 函数实现即可。根据循环队列的定义，队列判空的条件是 front=rear，而队列判满的条件是 front=(rear+1) mod capacity。
对于一个固定大小的数组，只要知道队尾 rear 与队首 front，即可计算出队列当前的长度：
(rear−front+capacity) mod capacity
循环双端队列与循环队列的属性一致:
- elements：一个固定大小的数组，用于保存循环队列的元素。
- capacity：循环队列的容量，即队列中最多可以容纳的元素数量。
- front：队列首元素对应的数组的索引。
- rear：队列尾元素对应的索引的下一个索引。
循环双端队列的接口方法如下：
- MyCircularDeque(int k)：初始化队列，同时 base 数组的空间初始化大小为 k+1。front,rear 全部初始化为 0。
- insertFront(int value)：队列未满时，在队首插入一个元素。我们首先将队首 front 移动一个位置，更新队首索引为 front 更新为 (front−1+capacity)modcapacity。
- insertLast(int value)：队列未满时，在队列的尾部插入一个元素，并同时将队尾的索引 rear 更新为 (rear+1)modcapacity。
- deleteFront()：队列不为空时，从队首删除一个元素，并同时将队首的索引 front 更新为 (front+1)modcapacity。
- deleteLast()：队列不为空时，从队尾删除一个元素。并同时将队尾的索引 rear 更新为 (rear−1+capacity)modcapacity。
- getFront()：返回队首的元素，需要检测队列是否为空。
- getRear()：返回队尾的元素，需要检测队列是否为空。
- isEmpty()：检测队列是否为空，根据之前的定义只需判断 rear 是否等于 front。
- isFull()：检测队列是否已满，根据之前的定义只需判断 front 是否等于 (rear+1)modcapacity。
Java版：
class MyCircularDeque {
int capacity;
int front;
int rear;
int[] elements;
public MyCircularDeque(int k) {
capacity = k + 1;
front = 0;
rear = 0;
elements = new int[k + 1];
}
public boolean insertFront(int value) {
if (isFull()) {
return false;
}
front = (front - 1 + capacity) % capacity;
elements[front] = value;
return true;
}
public boolean insertLast(int value) {
if (isFull()) {
return false;
}
elements[rear] = value;
rear = (rear + 1) % capacity;
return true;
}
public boolean deleteFront() {
if (isEmpty()) {
return false;
}
front = (front + 1) % capacity;
return true;
}
public boolean deleteLast() {
if (isEmpty()) {
return false;
}
rear = (rear - 1 + capacity) % capacity;
return true;
}
public int getFront() {
if (isEmpty()) {
return -1;
}
return elements[front];
}
public int getRear() {
if (isEmpty()) {
return -1;
}
return elements[(rear - 1 + capacity) % capacity];
}
public boolean isEmpty() {
return front == rear;
}
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % capacity == front;
}
}
/**
* Your MyCircularDeque object will be instantiated and called as such:
* MyCircularDeque obj = new MyCircularDeque(k);
* boolean param_1 = obj.insertFront(value);
* boolean param_2 = obj.insertLast(value);
* boolean param_3 = obj.deleteFront();
* boolean param_4 = obj.deleteLast();
* int param_5 = obj.getFront();
* int param_6 = obj.getRear();
* boolean param_7 = obj.isEmpty();
* boolean param_8 = obj.isFull();
*/Python3版：
class MyCircularDeque:
def __init__(self, k: int):
self.capacity = k + 1
self.front = 0
self.rear = 0
self.elements = [0] * (k + 1)
def insertFront(self, value: int) -> bool:
if self.isFull():
return False
self.front = (self.front - 1) % self.capacity
self.elements[self.front] = value
return True
def insertLast(self, value: int) -> bool:
if self.isFull():
return False
self.elements[self.rear] = value
self.rear = (self.rear + 1) % self.capacity
return True
def deleteFront(self) -> bool:
if self.isEmpty():
return False
self.front = (self.front + 1) % self.capacity
return True
def deleteLast(self) -> bool:
if self.isEmpty():
return False
self.rear = (self.rear - 1) % self.capacity
return True
def getFront(self) -> int:
if self.isEmpty():
return -1
return self.elements[self.front]
def getRear(self) -> int:
if self.isEmpty():
return -1
return self.elements[self.rear - 1]
def isEmpty(self) -> bool:
return self.front == self.rear
def isFull(self) -> bool:
return (self.rear + 1) % self.capacity == self.front
# Your MyCircularDeque object will be instantiated and called as such:
# obj = MyCircularDeque(k)
# param_1 = obj.insertFront(value)
# param_2 = obj.insertLast(value)
# param_3 = obj.deleteFront()
# param_4 = obj.deleteLast()
# param_5 = obj.getFront()
# param_6 = obj.getRear()
# param_7 = obj.isEmpty()
# param_8 = obj.isFull()复杂度分析
-
时间复杂度：初始化和每项操作的时间复杂度均为 O(1)。
-
空间复杂度：O(k)，其中 k 为给定的队列元素数目。
解法2：链表
我们同样可以使用双向链表来模拟双端队列，实现双端队列队首与队尾元素的添加、删除。双向链表实现比较简单，双向链表支持 O(1) 时间复杂度内在指定节点的前后插入新的节点或者删除新的节点。
循环双端队列的属性如下:
- head：队列的头节点；
- tail：队列的尾节点
- capacity：队列的容量大小。
- size：队列当前的元素数量。
循环双端队列的接口方法如下：
- MyCircularDeque(int k)：初始化队列，同时初始化队列元素数量 size 为 0。head,tail 初始化为空。
- insertFront(int value)：队列未满时，在队首头结点 head 之前插入一个新的节点，并更新 head，并更新 size。
- insertLast(int value)：队列未满时，在队w尾节点 tail 之后插入一个新的节点，并更新 tail，并更新 size。
- deleteFront()：队列不为空时，删除头结点 head，并更新 head 为 head 的后一个节点，并更新 size。
- deleteLast()：队列不为空时，删除尾结点 tail，并更新 tail 为 tail 的前一个节点，并更新 size。
- getFront()：返回队首节点指向的值，需要检测队列是否为空。
- getRear()：返回队尾节点指向的值，需要检测队列是否为空。
- isEmpty()：检测当前 size 是否为 0。
- isFull()：检测当前 size 是否为 capacity。
Java版：
class DLinkListNode {
int val;
DLinkListNode prev, next;
public DLinkListNode(int val) {
this.val = val;
}
}
class MyCircularDeque {
int capacity;
int size;
DLinkListNode head, tail;
public MyCircularDeque(int k) {
capacity = k;
size = 0;
}
public boolean insertFront(int value) {
if (size == capacity) {
return false;
}
DLinkListNode node = new DLinkListNode(value);
if (size == 0) {
head = node;
tail = node;
} else {
node.next = head;
head.prev = node;
head = node;
}
size++;
return true;
}
public boolean insertLast(int value) {
if (size == capacity) {
return false;
}
DLinkListNode node = new DLinkListNode(value);
if (size == 0) {
head = node;
tail = node;
} else {
tail.next = node;
node.prev = tail;
tail = node;
}
size++;
return true;
}
public boolean deleteFront() {
if (size == 0) {
return false;
}
head = head.next;
if (head != null) {
head.prev = null;
}
size--;
return true;
}
public boolean deleteLast() {
if (size == 0) {
return false;
}
tail = tail.prev;
if (tail != null) {
tail.next = null;
}
size--;
return true;
}
public int getFront() {
return size == 0 ? -1 : head.val;
}
public int getRear() {
return size == 0 ? -1 : tail.val;
}
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
public boolean isFull() {
return size == capacity;
}
}
/**
* Your MyCircularDeque object will be instantiated and called as such:
* MyCircularDeque obj = new MyCircularDeque(k);
* boolean param_1 = obj.insertFront(value);
* boolean param_2 = obj.insertLast(value);
* boolean param_3 = obj.deleteFront();
* boolean param_4 = obj.deleteLast();
* int param_5 = obj.getFront();
* int param_6 = obj.getRear();
* boolean param_7 = obj.isEmpty();
* boolean param_8 = obj.isFull();
*/Python3版：
class Node:
def __init__(self, val):
self.prev = self.next = None
self.val = val
class MyCircularDeque:
def __init__(self, k: int):
self.capacity = k
self.size = 0
self.head = self.tail = None
def insertFront(self, value: int) -> bool:
if self.isFull():
return False
node = Node(value)
if self.size == 0:
self.head = self.tail = node
else:
node.next = self.head
self.head.prev = node
self.head = node
self.size += 1
return True
def insertLast(self, value: int) -> bool:
if self.isFull():
return False
node = Node(value)
if self.size == 0:
self.head = self.tail = node
else:
self.tail.next = node
node.prev = self.tail
self.tail = node
self.size += 1
return True
def deleteFront(self) -> bool:
if self.isEmpty():
return False
self.head = self.head.next
if self.head:
self.head.prev = None
self.size -= 1
return True
def deleteLast(self) -> bool:
if self.isEmpty():
return False
self.tail = self.tail.prev
if self.tail:
self.tail.next = None
self.size -= 1
return True
def getFront(self) -> int:
return -1 if self.isEmpty() else self.head.val
def getRear(self) -> int:
return -1 if self.isEmpty() else self.tail.val
def isEmpty(self) -> bool:
return self.size == 0
def isFull(self) -> bool:
return self.size == self.capacity
# Your MyCircularDeque object will be instantiated and called as such:
# obj = MyCircularDeque(k)
# param_1 = obj.insertFront(value)
# param_2 = obj.insertLast(value)
# param_3 = obj.deleteFront()
# param_4 = obj.deleteLast()
# param_5 = obj.getFront()
# param_6 = obj.getRear()
# param_7 = obj.isEmpty()
# param_8 = obj.isFull()复杂度分析
-
时间复杂度：初始化和每项操作的时间复杂度均为 O(1)。
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空间复杂度：O(k)，其中 k 为给定的队列元素数目。
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