基础数据结构----双端队列和单调队列

1.双端队列和单调队列的概念

        前面我们写的队列都很“规矩”,队列的元素都是“先进先出”,队头只能弹出,队尾只能进入。有没有那种不那么“规矩”的队列呢?这就是双端队列。双端队列是一种具有队列和栈性质的数据结构,他能在两端进行插入和删除,而且也只能在两端插入删除。

        以下是最简单的手写双端队列代码,使用时注意不能让队头和队尾溢出:

const int N = 1e5;//队列大小,确保够用
int que[N],head,tail;//队头队尾指针,队列大小为tail - head + 1
head++;//弹出队头
que[--head] = data;//数据data入队头,注意不能溢出
que[head];//读队头数据
tail--;//弹出队尾
que[++tail] = data;//数据data入队尾,注意不能溢出

更可靠的编码可以用STL的双端队列deque,它的用法如下:

        (1)dq[ i ] :返回队列中下标为 i 的元素。

        (2)dq.front() :返回队头。

        (3)dq.back() :返回队尾。

        (4)dq.pop_back() :删除队尾,不返回值。

        (5)dq.pop_front() :删除队头,不返回值。

        (6)dq.push_back(e) :在队尾添加一个元素 e。

        (7)dq.push_front(e) :在队头添加一个元素 e。

双端队列的经典应用是单调队列。单调队列中的元素是单调有序的,且元素在队列中的顺序和原来在序列中的顺序一致;单调队列的队头和队尾都能入队和出队。

Tips:灵活运用单调队列能够使很多问题的求解获得优化。其原理可以简单地概括为:序列中的n个元素,用单调队列处理时,每个元素只需要进出队列一次,复杂度为O(n)。

单调队列基础数据结构双端队列(deque)。双端队列是一种具有队列栈的性质的数据结构,支持在队列的头部尾部进行插入删除操作。单调队列是在双端队列基础上进行了一些限制,使得队列中的元素单调递增或单调递减。 单调队列常用于解决滑动窗口问题,通过维护一个单调递增或单调递减的队列,可以在 O(1) 的时间内获取当前窗口中的最大值或最小值。在实际应用中,可以使用双端队列来实现单调队列,维护队列中元素的单调性,并按照一定的规则进行插入删除操作。 以下是 Python 中使用 deque 实现单调队列的示例代码: ```python from collections import deque # 定义一个单调递增队列 queue = deque() # 插入一个元素,并保持队列的单调性 def push(num): while queue and queue[-1] < num: queue.pop() queue.append(num) # 弹出队列头部的元素 def pop(num): if queue and queue[0] == num: queue.popleft() # 获取队列中的最大值 def get_max(): return queue[0] ``` 上述代码中,push() 方法用于插入一个元素,并保持队列的单调递增性;pop() 方法用于弹出队列头部的元素,如果弹出的元素恰好是当前窗口中的最大值,则需要将其从队列中删除;get_max() 方法用于获取当前窗口中的最大值,即队列头部的元素。通过维护单调递增队列,可以在 O(1) 的时间内获取当前窗口中的最大值。
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