39
правок
Изменения
Дек
,Нет описания правки
== Определение ==
[[Файл:deque1.png|thumb|right|200px|Дек]]
'''Дек''' (от англ. ''deque'' {{---}} double ended queue) {{---}} структура данных, представляющая из себя список элементов, в которой добавление новых элементов и удаление существующих производится с обоих концов. Эта структура поддерживает как FIFO, так и LIFO, поэтому на ней можно реализовать как [[Стек | стек]], так и [[Очередь | очередь]]. В первом случае нужно использовать только методы головы или хвоста, во втором {{---}} методы push и pop двух разных концов. Дек можно воспринимать как двустороннюю очередь. Он имеет следующие операции:
* <tex> \mathtt{empty} </tex> {{---}} проверка на наличие элементов,
* <tex> \mathtt{pushBack} </tex> (запись в конец) {{---}} операция вставки нового элемента в конец,
=== Циклический дек на массиве константной длины ===
Во всех циклических реализациях изначально присвоены следующие значения <tex> \mathtt{d.head = 0} </tex> и <tex> \mathtt{d.tail = 0} </tex>.
Ключевые поля:
* <tex>\mathtt{d[0\dots n-1]}</tex> {{---}} массив, с помощью которого реализуется дек, способный вместить не более <tex>n</tex> элементов,
* <tex>\mathtt{d.head}</tex> {{---}} индекс головы дека,* <tex>\mathtt{d.tail}</tex> {{---}} индекс хвоста.
Дек состоит из элементов <tex>\mathtt {d[d.head\dots d.tail-1]}</tex> или <tex>\mathtt {d[0\dots d.tail-1]}</tex> и <tex>\mathtt {d[d.head\dots n-1]}</tex>. Всего он способен вместить не более <tex>n</tex> элементов. В данной реализации учитывается переполнение и правильно обрабатывается изъятие из пустого дека. Недостатком является константная длина массива, хранящего элементы. Все операции выполняются за <tex>O(1)</tex>.
'''function''' pushBack(x : '''T'''):
'''if''' (d.head == (d.tail + 1) % n)
'''return''' <span style="color:red">error</span> "overflow"
d[d.tail] = x d.tail = (d.tail + 1) % n
'''T''' popBack():
'''if''' (empty())
'''return''' <span style="color:red">error</span> "underflow"
'''function''' pushFront(x : '''T'''):
'''if''' (d.head == (d.tail + 1) % n)
'''return''' <span style="color:red">error</span> "overflow"
'''T''' popFront():
'''if''' (empty())
'''return''' <span style="color:red">error</span> "underflow"
'''T''' ret = d[d.head] d.head = (d.head + 1) % n
'''return''' ret
* <tex>\mathtt{d[0\dots n-1]}</tex> {{---}} массив, в котором хранится дек,
* <tex>\mathtt{newDeque[0\dots newSize]}</tex> {{---}} временный массив, где хранятся элементы после перекопирования,
* <tex>\mathtt{d.head}</tex> {{---}} индекс головы дека,* <tex>\mathtt{d.tail}</tex> {{---}} индекс хвоста.
Дек состоит из элементов <tex>\mathtt {d[d.head\dots d.tail-1]}</tex> или <tex>\mathtt {d[0\dots d.tail-1]}</tex> и <tex>\mathtt {d[d.head\dots n-1]}</tex>. Если реализовывать дек на [[Динамический_массив | динамическом массиве]], то мы можем избежать ошибки переполнения. При выполнении операций <tex>\mathtt{pushBack}</tex> и <tex>\mathtt{pushFront}</tex> происходит проверка на переполнение и, если нужно, выделяется большее количество памяти под массив. Также происходит проверка на избыточность памяти, выделенной под дек при выполнении операций <tex>\mathtt{popBack}</tex> и <tex>\mathtt{popFront}</tex>. Если памяти под дек выделено в четыре раза больше размера дека, то массив сокращается в два раза. Для удобства выделим в отдельную функцию <tex>\mathtt{size}</tex> получение текущего размера дека.
'''int''' size()
'''if''' d.tail > d.head '''return''' n - d.head + d.tail
'''else'''
'''return''' d.tail - d.head
'''function''' pushBack(x : '''T'''):
'''if''' (d.head == (d.tail + 1) % n)
'''T''' newDeque[n * 2]
'''for''' i = 0 '''to''' n - 2
newDeque[i] = d[d.head]
d.head = (d.head + 1) % n
d = newDeque
n = n * 2
d[d.tail] = x d.tail = (d.tail + 1) % n
'''T''' popBack():
'''int''' size = size()
'''for''' i = 0 '''to''' size - 1
newDeque[i] = d[d.head] d.head = (d.head + 1) % n
d = newDeque
n = n / 2
'''function''' pushFront(x : '''T'''):
'''if''' (d.head == (d.tail + 1) % n)
'''T''' newDeque[n * 2]
'''for''' i = 0 '''to''' n - 2
newDeque[i] = d[d.head] d.head = (d.head + 1) % n
d = newDeque
n = n * 2
'''T''' popFront():
'''for''' i = 0 '''to''' size - 1
newDeque[i] = d[d.head]
d = newDeque
n = n / 2
'''T''' ret = d[d.head] d.head = (d.head + 1) % n
'''return''' ret
* <tex>\mathtt{rightStack}</tex> {{---}} ссылка на голову.
Храним два [[Стек | стека]] — <tex>\mathtt{leftStack}</tex> и <tex>\mathtt{rightStack}</tex>. Левый стек используем для операций <tex>\mathtt{popBack}</tex> и <tex>\mathtt{pushBack}</tex>, правый — для <tex>\mathtt{popFront}</tex> и <tex>\mathtt{pushFront}</tex>. Если мы хотим работать с левым стеком и при этом он оказывается пустым, то достаем нижнюю половину элементов из правого и кладем в левый, воспользовавшись при этом локальным стеком. Аналогично с правым стеком. Худшее время работы — <tex>O(n)</tex>, однако, амортизационная стоимость операции — <tex>O(1)</tex>.
'''function''' pushBack(x : '''T'''):
'''int''' size = rightStack.size()
'''Stack<T>''' local
'''for''' i = 0 '''to''' size / 2 - 1
local.push(rightStack.pop())
'''while''' '''not''' rightStack.empty()
'''int''' size = leftStack.size()
'''Stack<T>''' local
'''for''' i = 0 '''to''' size / 2 - 1
local.push(leftStack.pop())
'''while''' '''not''' leftStack.empty()