题目描述
请你设计一个队列,支持在前,中,后三个位置的 push
和 pop
操作。
请你完成 FrontMiddleBack
类:
FrontMiddleBack()
初始化队列。void pushFront(int val)
将val
添加到队列的 最前面。void pushMiddle(int val)
将val
添加到队列的 正中间。void pushBack(int val)
将val
添加到队里的 最后面。int popFront()
将 最前面 的元素从队列中删除并返回值,如果删除之前队列为空,那么返回-1
。int popMiddle()
将 正中间 的元素从队列中删除并返回值,如果删除之前队列为空,那么返回-1
。int popBack()
将 最后面 的元素从队列中删除并返回值,如果删除之前队列为空,那么返回-1
。
请注意当有 两个 中间位置的时候,选择靠前面的位置进行操作。比方说:
- 将
6
添加到[1, 2, 3, 4, 5]
的中间位置,结果数组为[1, 2, 6, 3, 4, 5]
。 - 从
[1, 2, 3, 4, 5, 6]
的中间位置弹出元素,返回3
,数组变为[1, 2, 4, 5, 6]
。
样例
输入:
["FrontMiddleBackQueue",
"pushFront", "pushBack", "pushMiddle", "pushMiddle",
"popFront", "popMiddle", "popMiddle", "popBack", "popFront"
]
[[], [1], [2], [3], [4], [], [], [], [], []]
输出:
[null, null, null, null, null, 1, 3, 4, 2, -1]
解释:
FrontMiddleBackQueue q = new FrontMiddleBackQueue();
q.pushFront(1); // [1]
q.pushBack(2); // [1, 2]
q.pushMiddle(3); // [1, 3, 2]
q.pushMiddle(4); // [1, 4, 3, 2]
q.popFront(); // 返回 1 -> [4, 3, 2]
q.popMiddle(); // 返回 3 -> [4, 2]
q.popMiddle(); // 返回 4 -> [2]
q.popBack(); // 返回 2 -> []
q.popFront(); // 返回 -1 -> [] (队列为空)
限制
1 <= val <= 10^9
- 最多调用
1000
次pushFront
,pushMiddle
,pushBack
,popFront
,popMiddle
和popBack
。
算法1
(双向链表) $O(n)$
- 维护一个双向链表,记录中间位置的地址。
- 插入和删除时,需要微调中间的位置。
时间复杂度
- 每次操作仅需要常数的时间,故总时间复杂度为 $O(n)$。
空间复杂度
- 需要 $O(n)$ 的额外空间存储数据。
C++ 代码
struct Node {
int val;
Node *pre, *nxt;
Node(){}
Node(int val_, Node *pre_, Node *nxt_):val(val_), pre(pre_), nxt(nxt_){}
};
class FrontMiddleBackQueue {
private:
Node *st, *ed;
Node *mid;
int n;
void insert(Node *cur, int val) {
Node *p = new Node(val, cur, cur->nxt);
cur->nxt = p;
p->nxt->pre = p;
}
void print() {
for (Node *p = st; p != NULL; p = p->nxt) {
printf("%d ", p->val);
}
printf("\n");
}
Node* erase(Node *p) {
p->pre->nxt = p->nxt;
p->nxt->pre = p->pre;
return p;
}
public:
FrontMiddleBackQueue() {
st = new Node;
ed = new Node;
st->pre = NULL; st->nxt = ed;
ed->pre = st; ed->nxt = NULL;
mid = NULL;
n = 0;
}
void pushFront(int val) {
insert(st, val);
n++;
if (n == 1) mid = st->nxt;
else if (n % 2 == 0) mid = mid->pre;
}
void pushMiddle(int val) {
if (n == 0) {
insert(st, val);
mid = st->nxt;
} else if (n % 2 == 0) {
insert(mid, val);
mid = mid->nxt;
} else {
insert(mid->pre, val);
mid = mid->pre;
}
n++;
}
void pushBack(int val) {
insert(ed->pre, val);
n++;
if (n == 1) mid = st->nxt;
else if (n % 2 == 1) mid = mid->nxt;
}
int popFront() {
if (n == 0) return -1;
Node *p = erase(st->nxt);
n--;
if (n == 0) mid = NULL;
else if (n % 2 == 1) mid = mid->nxt;
int res = p->val;
delete p;
return res;
}
int popMiddle() {
if (n == 0) return -1;
Node *p = erase(mid);
n--;
if (n == 0) mid = NULL;
else if (n % 2 == 1) mid = p->nxt;
else mid = p->pre;
int res = p->val;
delete p;
return res;
}
int popBack() {
if (n == 0) return -1;
Node *p = erase(ed->pre);
n--;
if (n == 0) mid = NULL;
else if (n % 2 == 0) mid = mid->pre;
int res = p->val;
delete p;
return res;
}
};
/**
* Your FrontMiddleBackQueue object will be instantiated and called as such:
* FrontMiddleBackQueue* obj = new FrontMiddleBackQueue();
* obj->pushFront(val);
* obj->pushMiddle(val);
* obj->pushBack(val);
* int param_4 = obj->popFront();
* int param_5 = obj->popMiddle();
* int param_6 = obj->popBack();
*/
算法2
(两个双端队列) $O(n)$
- 维护两个双端队列
a
和b
,一个存储队列前半段的数据,一个存储后半段的数据。 - 需要满足
b.size() <= a.size() <= b.size() + 1
。
时间复杂度
- 每次操作仅需要常数的时间,故总时间复杂度为 $O(n)$。
空间复杂度
- 需要 $O(n)$ 的额外空间存储数据。
C++ 代码
class FrontMiddleBackQueue {
private:
deque<int> a, b;
void adjusta2b() {
if (a.size() > b.size() + 1) {
int v = a.back();
a.pop_back();
b.push_front(v);
}
}
void adjustb2a() {
if (a.size() < b.size()) {
int v = b.front();
b.pop_front();
a.push_back(v);
}
}
public:
FrontMiddleBackQueue() {
}
void pushFront(int val) {
a.push_front(val);
adjusta2b();
}
void pushMiddle(int val) {
if (a.size() == b.size()) {
a.push_back(val);
adjusta2b();
} else {
int v = a.back();
a.pop_back();
b.push_front(v);
a.push_back(val);
}
}
void pushBack(int val) {
b.push_back(val);
adjustb2a();
}
int popFront() {
if (a.empty()) return -1;
int res = a.front();
a.pop_front();
adjustb2a();
return res;
}
int popMiddle() {
if (a.empty()) return -1;
int res = a.back();
a.pop_back();
adjustb2a();
return res;
}
int popBack() {
if (a.empty()) return -1;
if (b.empty()) {
int res = a.back();
a.pop_back();
return res;
}
int res = b.back();
b.pop_back();
adjusta2b();
return res;
}
};
/**
* Your FrontMiddleBackQueue object will be instantiated and called as such:
* FrontMiddleBackQueue* obj = new FrontMiddleBackQueue();
* obj->pushFront(val);
* obj->pushMiddle(val);
* obj->pushBack(val);
* int param_4 = obj->popFront();
* int param_5 = obj->popMiddle();
* int param_6 = obj->popBack();
*/