Python collections中的双向队列deque简单介绍详解

前言

在Python的collections模块中，deque是一个强大的数据结构，它可以帮助我们实现高效的队列和栈操作。deque是一个双向队列，因此支持从两端进行操作，其实现方式使得它比使用列表实现队列的方式更加高效。

使用方法

创建deque

在使用deque之前，首先需要导入collections模块：

from collections import deque

创建deque的方式有多种，可以使用空的deque：

d = deque()

也可以使用一个可迭代对象（例如列表）来创建deque：

d = deque([1, 2, 3])

添加元素

双向队列支持从头和尾部添加元素，分别使用appendleft和append方法。例如：

d.append(4)      # 从右端添加元素，d现在为deque([1, 2, 3, 4])
d.appendleft(0)  # 从左端添加元素，d现在为deque([0, 1, 2, 3, 4])

删除元素

双向队列同样支持从头和尾部删除元素，分别使用popleft和pop方法。例如：

d.pop()         # 从右端删除元素，d现在为deque([0, 1, 2, 3])
d.popleft()     # 从左端删除元素，d现在为deque([1, 2, 3])

获取元素

deque同样支持从头和尾部获取元素，分别使用index和reverse_index方法。例如：

d.index(1)           # 返回1的位置，即0
d.reverse_index(2)   # 返回2的位置，即1（因为deque是双向的）

其他操作

除了前面提到的操作之外，deque还支持以下几种操作：

• rotate(n)：将deque向右循环移动n步（如果n为负数则向左移动）。
• clear()：清空deque。
• extend(iter)：将可迭代对象中的元素加入deque，与列表的extend方法类似。
• extendleft(iter)：将可迭代对象中的元素从左端加入deque。

示例说明

基本队列

双向队列的最基本用法就是作为一个队列来使用，可以使用append和popleft方法实现队列的操作。例如：

q = deque()
q.append(1)
q.append(2)
print(q.popleft())  # output: 1
print(q.popleft())  # output: 2

实现一个滑动窗口

有时候我们需要维护一个滑动窗口，并在窗口中查找某个元素是否存在。使用deque可以非常方便地实现这个功能，例如：

def find_element_in_window(nums, window_size, target):
    window = deque(nums[:window_size], maxlen=window_size)
    for i in range(window_size, len(nums)):
        if target in window:
            return True
        window.append(nums[i])
    return target in window

nums = [1, 3, -1, -3, 5, 3, 6, 7]
print(find_element_in_window(nums, 3, 0))  # output: True
print(find_element_in_window(nums, 3, 5))  # output: True
print(find_element_in_window(nums, 3, 2))  # output: False

在上面的示例中，我们使用deque维护了一个长度为3的窗口，逐步向右移动并向窗口中添加元素。如果目标元素在窗口中，则返回True，否则在循环结束后再检查一次。注意，在创建deque时我们设置了maxlen参数，这意味着当deque长度超过maxlen时，最左边（最老的）的元素自动被删除，因此每次添加新元素时deque的长度始终为3。