LeetCode：641. 设计循环双端队列（中等）

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641. 设计循环双端队列

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 。

示例

其实我觉得这道题示例没什么好看的。。。

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

解题思路

1.链表实现

这道题其实比较简单，有几个点需要注意一下：
A. 空队列在做添加操作时，因为添加后只有一个元素，头尾指针都要指向它；
B. 只有一个元素的队列进行删除操作时，要注意将头/尾指针置null。

2.数组实现

用数组来存放队列，用头、尾指针表示队列的位置。

代码示例（JAVA）

1.链表实现

class MyCircularDeque {
    private Node head;
    private Node tail;
    private int curSize;
    private int maxSize;

    private static class Node {
        private int val;
        private Node next;
        private Node pre;

        public Node(int value) {
            this.val = value;
            this.next = null;
            this.pre = null;
        }
    }

    // 构造函数,双端队列最大为 k
    public MyCircularDeque(int k) {
        curSize = 0;
        maxSize = k;
    }

    // 将一个元素添加到双端队列头部
    public boolean insertFront(int value) {
        if (isFull()) {
            return false;
        }

        Node newHead = new Node(value);
        newHead.next = head;
        if (head != null) {
            head.pre = newHead;
        }
        head = newHead;
        if (tail == null) {
            tail = head;
        }
        curSize++;
        return true;
    }

    // 将一个元素添加到双端队列尾部
    public boolean insertLast(int value) {
        if (isFull()) {
            return false;
        }

        Node newTail = new Node(value);
        newTail.pre = tail;
        if (tail != null) {
            tail.next = newTail;
        }
        tail = newTail;
        if (head == null) {
            head = tail;
        }
        curSize++;
        return true;
    }

    // 从双端队列头部删除一个元素
    public boolean deleteFront() {
        if (isEmpty()) {
            return false;
        }

        Node newHead = head.next;
        if (newHead != null) {
            newHead.pre = null;
            head.next = null;
        } else {
            tail = null;
        }
        head = newHead; 
        curSize--;
        return true;
    }

    // 从双端队列尾部删除一个元素
    public boolean deleteLast() {
        if (isEmpty()) {
            return false;
        }

        Node newTail = tail.pre;
        if (newTail != null) {
            tail.pre = null;
            newTail.next = null;
        } else {
            head = null;
        }
        tail = newTail;
        curSize--;
        return true;
    }

    // 从双端队列头部获得一个元素。如果双端队列为空，返回 -1
    public int getFront() {
        return isEmpty() ? -1 : head.val;
    }

    // 获得双端队列的最后一个元素。 如果双端队列为空，返回 -1
    public int getRear() {
        return isEmpty() ? -1 : tail.val;
    }

    // 若双端队列为空，则返回 true ，否则返回 false
    public boolean isEmpty() {
        return curSize == 0;
    }

    // 若双端队列满了，则返回 true ，否则返回 false
    public boolean isFull() {
        return curSize == maxSize;
    }
}

执行结果

2.数组实现

class MyCircularDeque {
    private int[] arr;
    private int head;
    private int tail;

    public MyCircularDeque(int k) {
        arr = new int[k];
        head = -1;
        tail = -1;
    }

    public boolean insertFront(int value) {
        if (isFull()) {
            return false;
        }
        int newHead = (head - 1 + arr.length) % arr.length;
        arr[newHead] = value;
        head = newHead;
        if (tail == -1) {
            tail = newHead;
        }
        return true;
    }

    public boolean insertLast(int value) {
        if (isFull()) {
            return false;
        }
        int newTail = (tail + 1) % arr.length;
        arr[newTail] = value;
        tail = newTail;
        if (head == -1) {
            head = newTail;
        }
        return true;
    }

    public boolean deleteFront() {
        if (isEmpty()) {
            return false;
        }
        if (head == tail) {
            head = -1;
            tail = -1;
        } else {
            head = (head + 1) % arr.length;
        }
        return true;
    }

    public boolean deleteLast() {
        if (isEmpty()) {
            return false;
        }
        if (head == tail) {
            head = -1;
            tail = -1;
        } else {
            tail = (tail - 1 + arr.length) % arr.length;
        }
        return true;
    }

    public int getFront() {
        return head == -1 ? -1 : arr[head];
    }

    public int getRear() {
        return head == -1 ? -1 : arr[tail];
    }

    public boolean isEmpty() {
        return head == -1;
    }

    public boolean isFull() {
        return (tail + 1) % arr.length == head;
    }
}

执行结果