641. 设计循环双端队列 队列模拟

问题描述

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 。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode.cn/problems/design-circular-deque
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样例

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

思路

1. 我们使用数组模拟，l和r分别指向第一个元素和最后一个元素的后一位
2. 初始化的时候，l和r都为0，因为不知道具体有多少个元素，因此使用容器vector
3. 由于我们的设定，每次添加元素的时候，l先向左移动，然后再赋值，r先赋值，然后再向右移动。由于空间有限，我们实现的是环形的队列，因此，只要是发生减法的地方，都需要+n再取模。防止出现负数

时间复杂度

单次操作的时间复杂度为 O(1)

空间复杂度

只使用了容器，复杂度为O(k)

代码

class MyCircularDeque {
public:
    /*
        只要是发生减法的地方，都需要+n再取模。
       	
    */
    int l, r; // l指第一个元素，r指向最后一个元素的后边
    int n;
    int sz; // 当前存了多少元素
    vector<int> q;

    MyCircularDeque(int k) {
        l = r = 0; // 问题就出在这里，初始化的时候同时为0了。
        n = k;
        q.resize(n);
        sz = 0;
    }
    
    bool isFull() {
        return sz == n;
    }

    bool isEmpty() {
        return sz == 0;
    }
    bool insertFront(int value) {
        if (isFull()) return false;
        l = (l - 1 + n) % n; // l先向前移动，再赋值
        q[l] = value;
        sz ++;
        return true;
    }
    
    bool insertLast(int value) {
        if (isFull()) return false;
        q[r ++] = value; // r先赋值，再向后移动
        r %= n;
        sz ++;
        return true;
    }
    
    bool deleteFront() {
        if(isEmpty()) return false;
        l = (l + 1) % n;
        sz --;
        return true;
    }
    
    bool deleteLast() {
        if(isEmpty()) return false;
        r = (r - 1 + n) % n;
        sz -- ;
        return true;
    }
    
    int getFront() {
        if (isEmpty()) return -1;
        return q[l];
    }
    
    int getRear() {
        if (isEmpty()) return -1;
        return q[(r - 1 + n) % n]; // 因为r指向的是最后一个元素的后一位，因此需要取他的前一个
    }
    
};

/**
 * Your MyCircularDeque object will be instantiated and called as such:
 * MyCircularDeque* obj = new MyCircularDeque(k);
 * bool param_1 = obj->insertFront(value);
 * bool param_2 = obj->insertLast(value);
 * bool param_3 = obj->deleteFront();
 * bool param_4 = obj->deleteLast();
 * int param_5 = obj->getFront();
 * int param_6 = obj->getRear();
 * bool param_7 = obj->isEmpty();
 * bool param_8 = obj->isFull();
 */