。設計循環雙端佇列

Barbara Streisand
發布: 2024-09-29 06:13:02
原創
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. Design Circular Deque

641。設計圓形雙端隊列

難度:

主題:陣列、鍊錶、設計、隊列

設計循環雙端隊列(deque)的實作。

實作 MyCircularDeque 類別:

  • MyCircularDeque(int k) 初始化雙端佇列,最大大小為 k。
  • boolean insertFront() 在 Deque 的前面新增一個項目。如果操作成功則傳回 true,否則傳回 false。
  • boolean insertLast() 在 Deque 的最後加上一個項目。如果操作成功則傳回 true,否則傳回 false。
  • boolean deleteFront() 從 Deque 的前面刪除一個項目。如果操作成功則傳回 true,否則傳回 false。
  • boolean deleteLast() 從 Deque 後面刪除一個項目。如果操作成功則傳回 true,否則傳回 false。
  • int getFront() 傳回雙端佇列中最前面的項目。如果雙端佇列為空,則傳回 -1。
  • int getRear() 傳回 Deque 中的最後一項。如果雙端佇列為空,則傳回 -1。
  • boolean isEmpty() 如果雙端佇列為空,則傳回 true,否則傳回 false。
  • boolean isFull() 如果雙端佇列已滿則傳回 true,否則傳回 false。

範例1:

  • 輸入:
  ["MyCircularDeque", "insertLast", "insertLast", "insertFront", "insertFront", "getRear", "isFull", "deleteLast", "insertFront", "getFront"]
  [[3], [1], [2], [3], [4], [], [], [], [4], []]

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  • 輸出:
  [null, true, true, true, false, 2, true, true, true, 4]

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  • 說明:
  MyCircularDeque myCircularDeque = new MyCircularDeque(3);
  myCircularDeque.insertLast(1);  // return True
  myCircularDeque.insertLast(2);  // return True
  myCircularDeque.insertFront(3); // return True
  myCircularDeque.insertFront(4); // return False, the queue is full.
  myCircularDeque.getRear();      // return 2
  myCircularDeque.isFull();       // return True
  myCircularDeque.deleteLast();   // return True
  myCircularDeque.insertFront(4); // return True
  myCircularDeque.getFront();     // return 4

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約束:

  • 1
  • 0
  • 最多將呼叫 2000 次 insertFront、insertLast、deleteFront、deleteLast、getFront、getRear、isEmpty、isFull。

解:

我們可以使用陣列來表示雙端隊列結構。我們將維護一個頭指針和尾指針,幫助我們追蹤雙端隊列的前部和後部,並在必要時環繞以實現循環行為。

讓我們用 PHP 實作這個解:641。設計圓形雙端隊列

這是 MyCircularDeque 類別的逐步解決方案:

<?php
class MyCircularDeque {
    /**
     * @var array
     */
    private $deque;
    /**
     * @var int
     */
    private $maxSize;
    /**
     * @var int
     */
    private $front;
    /**
     * @var int
     */
    private $rear;
    /**
     * @var int
     */
    private $size;

    /**
     * Initialize your data structure here. Set the size of the deque to be k.
     *
     * @param Integer $k
     */
    function __construct($k) {
       ...
       ...
       ...
       /**
        * go to ./solution.php
        */
    }

    /**
     * Adds an item at the front of Deque. Return true if the operation is successful.
     *
     * @param Integer $value
     * @return Boolean
     */
    function insertFront($value) {
       ...
       ...
       ...
       /**
        * go to ./solution.php
        */
    }

    /**
     * Adds an item at the rear of Deque. Return true if the operation is successful.
     *
     * @param Integer $value
     * @return Boolean
     */
    function insertLast($value) {
       ...
       ...
       ...
       /**
        * go to ./solution.php
        */
    }

    /**
     * Deletes an item from the front of Deque. Return true if the operation is successful.
     *
     * @return Boolean
     */
    function deleteFront() {
       ...
       ...
       ...
       /**
        * go to ./solution.php
        */
    }

    /**
     * Deletes an item from the rear of Deque. Return true if the operation is successful.
     *
     * @return Boolean
     */
    function deleteLast() {
       ...
       ...
       ...
       /**
        * go to ./solution.php
        */
    }

    /**
     * Get the front item from the deque. If the deque is empty, return -1.
     *
     * @return Integer
     */
    function getFront() {
       ...
       ...
       ...
       /**
        * go to ./solution.php
        */
    }

    /**
     * Get the last item from the deque. If the deque is empty, return -1.
     *
     * @return Integer
     */
    function getRear() {
       ...
       ...
       ...
       /**
        * go to ./solution.php
        */
    }

    /**
     * Checks whether the deque is empty or not.
     *
     * @return Boolean
     */
    function isEmpty() {
       ...
       ...
       ...
       /**
        * go to ./solution.php
        */
    }

    /**
     * Checks whether the deque is full or not.
     * 
     * @return Boolean
     */
    function isFull() {
       ...
       ...
       ...
       /**
        * go to ./solution.php
        */
    }
}

/**
 * Your MyCircularDeque object will be instantiated and called as such:
 * $obj = MyCircularDeque($k);
 * $ret_1 = $obj->insertFront($value);
 * $ret_2 = $obj->insertLast($value);
 * $ret_3 = $obj->deleteFront();
 * $ret_4 = $obj->deleteLast();
 * $ret_5 = $obj->getFront();
 * $ret_6 = $obj->getRear();
 * $ret_7 = $obj->isEmpty();
 * $ret_8 = $obj->isFull();
 */

?>
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解釋:

  1. 初始化:

    • 我們使用大小為 k 的陣列初始化雙端佇列,並將所有值最初設為 -1。
    • 前後指標初始化為0。
    • size 追蹤雙端佇列中目前元素的數量。
  2. insertFront($value):

    • 使用 isFull() 檢查雙端佇列是否已滿。
    • 如果不是,則遞減前指標(使用模進行循環環繞)。
    • 將值放在新的前面並增加大小。
  3. insertLast($value):

    • 檢查雙端佇列是否已滿。
    • 如果沒有,則將值放在後面並將後指針向前移動(再次使用模進行環繞)。
    • 增加大小。
  4. deleteFront():

    • 使用 isEmpty() 檢查雙端佇列是否為空。
    • 如果不是,則增加前指針(循環環繞)並減少大小。
  5. deleteLast():

    • 檢查雙端佇列是否為空。
    • 如果不是,則遞減後指針並減小尺寸。
  6. getFront():

    • 如果雙端隊列為空,則回傳-1。
    • 否則,傳回前指標處的元素。
  7. getRear():

    • 如果雙端隊列為空,則回傳-1。
    • 否則,傳回目前後指標之前的元素(因為後指標指向下一個可用位置)。
  8. isEmpty():

    • 如果雙端佇列為空(大小為 0),則傳回 true。
  9. isFull():

    • 如果雙端佇列已滿(大小等於 maxSize),則傳回 true。

範例演練

$myCircularDeque = new MyCircularDeque(3);  // Initialize deque with size 3

$myCircularDeque->insertLast(1);  // return true
$myCircularDeque->insertLast(2);  // return true
$myCircularDeque->insertFront(3); // return true
$myCircularDeque->insertFront(4); // return false, deque is full
echo $myCircularDeque->getRear(); // return 2
echo $myCircularDeque->isFull();  // return true
$myCircularDeque->deleteLast();   // return true
$myCircularDeque->insertFront(4); // return true
echo $myCircularDeque->getFront(); // return 4
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時間複雜度:

  • 每個操作(insertFront、insertLast、deleteFront、deleteLast、getFront、getRear、isEmpty、isFull)都需要 O(1) 時間運行,因為它們都涉及常數時間數組操作和指針操作。

空間複雜度:

  • 空間複雜度為O(k),其中k是雙端隊列的大小。我們為雙端佇列數組中的 k 個元素分配空間。

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