python标准库--collections - 高性能数据结构在算法比赛的应用

目录

一、deque双端队列

1.头部删除元素popleft（）

2.BFS（广度优先搜索）优化

3.滑动窗口（双指针）

4.实现栈或队列

5. 双向遍历与操作

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一、deque双端队列

• 特点：支持两端 O (1) 时间复杂度的添加和删除操作，比列表（list）的左端操作（如list.insert(0, x)）高效得多。
• 常用方法：
  • append(x)/appendleft(x)：右端 / 左端添加元素。
  • pop()/popleft()：右端 / 左端删除元素。
  • rotate(n)：循环移动元素（n>0右移，n<0左移）。
  • maxlen：固定队列长度（超出时自动删除对侧元素）。
• 参数：初始化时可传入迭代对象，如deque([1,2,3])，或指定maxlen=5。
• 优点：
  • 高效处理队列（FIFO）和栈（LIFO）场景。
  • 滑动窗口场景中，可快速维护窗口内元素（如删除过期元素）

1.头部删除元素popleft（）

import time
from collections import deque
list1 = list(range(1000_0000))
X1 = time.time()
for _ in range(1000):list1.pop(0)
print(time.time()-X1)list2 = deque(range(1000_0000))
X1= time.time()
for _ in range(1000):list2.popleft()
print(time.time()-X1)
#8.393102645874023
#0.0恐怖

2.BFS（广度优先搜索）优化

在 BFS 中，需要频繁从队列头部弹出元素、从尾部添加元素。deque的popleft()操作时间复杂度为 O (1)，比列表的pop(0)更高效（列表的pop(0)是 O (n)）。

实例：二叉树遍历

from collections import dequeclass TreeNode:def __init__(self, val=0, left=None, right=None):self.val = valself.left = leftself.right = rightdef levelOrder(root):if not root:return []queue = deque([root])  # 初始化队列result = []while queue:node = queue.popleft()  # O(1) 弹出队首元素result.append(node.val)if node.left:queue.append(node.left)  # O(1) 添加到队尾if node.right:queue.append(node.right)return result

3.滑动窗口（双指针）

from collections import dequedef maxSlidingWindow(nums, k):result = []window = deque()  # 存储索引for i in range(len(nums)):# 移除窗口外的元素if window and window[0] <= i - k:window.popleft()# 保持队列单调递减while window and nums[window[-1]] < nums[i]:window.pop()window.append(i)# 窗口形成后记录最大值if i >= k - 1:result.append(nums[window[0]])return result

4.实现栈或队列

from collections import dequeclass MyQueue:def __init__(self):self.queue = deque()def push(self, x):self.queue.append(x)  # O(1)def pop(self):return self.queue.popleft()  # O(1)def peek(self):return self.queue[0]def empty(self):return len(self.queue) == 0

5. 双向遍历与操作

from collections import dequedef isPalindrome(s):dq = deque(s)while len(dq) > 1:if dq.popleft() != dq.pop():  # 两端同时弹出比较return Falsereturn True