Python数据结构与算法的双端队列详解

双端队列（deque）是一种具有队列和栈的性质的数据结构。与队列和栈不同的是双端队列允许从两端添加和删除元素。Python语言中内置了deque模块，使得在实现双端队列时更加方便快捷。

1.双端队列基本操作

from collections import deque

# 创建双端队列
d = deque()

# 在队首添加元素
d.appendleft(1)

# 在队尾添加元素
d.append(2)

# 在队首删除元素
d.popleft()

# 在队尾删除元素
d.pop()

# 获取队首元素
d[0]

# 获取队尾元素
d[-1]

# 查询队列大小
len(d)

2. 双端队列应用之滑动窗口

在相关数据结构的问题中，滑动窗口经常被用来解决子串或者子数组的问题。比如搜素连续的字串，搜素在窗口中的某些属性是否符合条件等。

示例：给出一组序列和一个整数k，求序列中所有长度为k的子串的最大值。

from collections import deque

def maxSlidingWindow(nums, k):
    # 维护一个双端队列
    d = deque()
    result = []

    for i in range(len(nums)):
        # 只有队列尾部的元素小于等于当前数字，此时该元素变得不重要，弹出它
        while d and nums[d[-1]] <= nums[i]:
            d.pop()

        # 存储数字下标
        d.append(i)

        # 队列头部存储的下标是最大值，判断当前下标是否在合法范围内
        if d[0] < (i - k + 1):
            # 超出范围，弹出头部下标
            d.popleft()

        # 找到了一个子窗口，记录窗口中的最大值
        if i >= k - 1:
            result.append(nums[d[0]])

    return result

使用 maxSlidingWindow([1,3,-1,-3,5,3,6,7], 3) 就能得到结果 [3, 3, 5, 5, 6, 7]。

3. 结语

双端队列是一种经常被用到的数据结构，它能够更加有效地解决问题。通过Python内置模块deque，实现双端队列的代码会更加简洁优美。