【Python】详解 collections.deque

【Python】详解 collections.deque_第1张图片


目录

二、deque 类

2.1 简介

2.2 方法速查表

2.3 用法示例

2.3.1 新建对象

2.3.2 元素操作


一、绪论

collections 作为 Python 的内建集合模块,实现了许多十分高效的特殊容器数据类型,即除了 Python 通用内置容器: dict、list、set 和 tuple 等的替代方案。在 IDLE 输入 help(collections) 可查看帮助文档,其中常见的类/函数如下:

名称 功能
namedtuple 用于创建具有命名字段的 tuple 子类的 factory 函数 (具名元组)
deque 类似 list 的容器,两端都能实现快速 append 和 pop (双端队列)
ChainMap 类似 dict 的类,用于创建多个映射的单视图
Counter 用于计算 hashable 对象的 dict 子类 (可哈希对象计数)
OrderedDict 记住元素添加顺序的 dict 子类 (有序字典)
defaultdict dict 子类调用 factory 函数来提供缺失值
UserDict 包装 dict 对象以便于 dict 的子类化
UserList 包装 list 对象以便于 list 的子类化
UserString 包装 string 对象以便于 string 的子类化

而本文详述的对象为双端队列 —— deque 类对象。


二、deque 类


2.1 简介

collections.deque([iterable[, maxlen]])

Deque 是 ”double-ended-queue” 的缩写 (发音是 “deck”),意为 双端队列。输入 可迭代对象 iterable 并返回一个新的双端队列对象。若不指定可迭代对象  iterable,则返回的双端队列对象为空。

Deque 可以从队列 两端添加 (append) 和 弹出 (pop) 元素,且两个方向的 时间复杂度均为 O(1) 。虽然 list 对象也支持类似操作,但 list 在开头插入 insert(0, item) 或弹出 (pop(0)) 元素的时间复杂度均为 O(n)。

若可选参数 maxlen 未指定或为 None,deque 将成为 任意长度 的双端队列。否则, maxlen 就是 限定最大长度,将构造一个固定大小的双端队列。当 deque 元素已满且有新元素从一端“入队”时,数量相同的旧元素将从另一端“出队” (被移除)。


2.2 方法速查表

形式 说明
append(x) 从 deque 最右端加入元素 x
appendleft(x) 从 deuqe 最左端加入元素 x
extend(iterable) 使用可迭代对象 iterbale 中的元素扩展 deque 右端
extendleft(iterable) 使用可迭代对象 iterbale 中的元素扩展 deque 左端

insert(i, x)

在 index=i 的位置插入元素 x (若导致 deque 长度超过 maxlen,引发 IndexError)
pop() 弹出 deque 最右端的一个元素 (若无元素引发 IndexError)
popleft() 弹出 deque 最左端的一个元素 (若无元素引发 IndexError)
remove(x) 移除从左到右找到的第一个 x (若无 x 引发 ValueError)

clear()

清空 deque 中的所有元素,使之为空 deque (长度归0)
copy() 创建一份当前 deque 的浅拷贝
count(x) 计算 deque 中 x 的个数
index(x[, start[, stop]]) 返回在 [start, stop] 之间从左到右找到的第一个 x 的 index (未找到引发 ValueError)
reverse() 将当前 deque 逆序排列,返回 None
rotate(n=1)

n 为正数向右循环移动 n 步,n 为负数向左循环移动 n 步,若 deque 非空,

向右循环移动 1 步等价于 d.appendleft(d.pop())

向左循环移动 1 步等价于 d.append(d.popleft())

此外,deque 还支持索引、迭代、清洗 以及 len(d)、reversed(d)、copy.copy(d)、copy.deepcopy(d) 等内建函数通用操作,支持用 in 成员测试操作符。deque 两端的索引增、删、改复杂度是 O(1),在中间的复杂度则比 O(n) 略低。从 Python 3.5 开始 deque 还支持 __add__()、__mul__()、__imul__() 等。


2.3 用法示例

2.3.1 新建对象

首先,导入 collections 模块中的 deque:

>>> from collections import deque

创建一个 deque 对象:

>>> d = deque()  # 创建空 deque
>>> d
deque([])

注意,可迭代对象 iterable 包括:序列 sequence (list、string、tuple)、set、dict、迭代器 iterator、生成器 generator、文件对象 等。可以将 可迭代对象 iterable 转换为 双端队列对象 deque,例如:

>>> d1 = deque([1, 2, 3, 4])    # list → deque
>>> d1
deque([1, 2, 3, 4])
# -----------------------------------------------------------------------
>>> d2 = deque({1, 2, 3, 4})    # set → deque
>>> d2
deque([1, 2, 3, 4])
# -----------------------------------------------------------------------
>>> d3 = deque({'a':1, 'b':2})  # dict → deque
>>> d3
deque(['a', 'b'])
# -----------------------------------------------------------------------
>>> d4 = deque(range(1, 5))     # iterable → deque
>>> d4
deque([1, 2, 3, 4])

2.3.2 元素操作

新建一个 deque 对象用于说明:

>>> d0 = deque([1, 2, 3, 4, 5])
>>> d0
deque([1, 2, 3, 4, 5])

两端添加元素:

>>> d0.append(6)
>>> d0
deque([1, 2, 3, 4, 5, 6])
# -----------------------------------------------------------------------
>>> d0.appendleft(-1)
>>> d0
deque([-1, 1, 2, 3, 4, 5, 6])

用可迭代对象 iterable 拓展两端元素:

>>> d0.extend([7, 8])
>>> d0
deque([-1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])
# -----------------------------------------------------------------------
>>> d0.extendleft([-3, -2])  
>>> d0
deque([-2, -3, -1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])  # 看到没, 按元素逐个 extend 而非之间拼接上去

 任意位置 (index) 插入元素:

>>> d0.insert(0, -4)  # index=0
>>> d0
deque([-4, -2, -3, -1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])

>>> d0.insert(12, 9)  # index=12
>>> d0
deque([-4, -2, -3, -1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9])

两端弹出元素:

>>> d0.pop()
9
>>> d0
deque([-4, -2, -3, -1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])

>>> d0.popleft()
-4
>>> d0
deque([-2, -3, -1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])

移除从左到右找到的首个指定元素:

>>> d0.remove(-3)
>>> d0
deque([-2, -1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])

浅拷贝:(注意,此处未体现浅拷贝的根本含义,点击学习)

>>> dcp = d0.copy()
>>> dcp
deque([-2, -1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])

指定元素计数:

>>> d0.count(6)
1

 返回从左到右找到的首个指定元素的位置 index:

>>> d0.index(6)
7

逆序排列:

>>> d0.reverse()
>>> d0
deque([8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2])

元素双向循环移动指定步数:

>>> d0.rotate(2)   # 右循环移动 2 步
>>> d0
deque([-1, -2, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1])

>>> d0.rotate(-2)  # 左循环移动 2 步
>>> d0
deque([8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2])

清空 deque:

>>> d0.clear()
>>> d0   # 清空
deque([])

>>> dcp  # 浅拷贝外围元素健在
deque([-2, -1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])

参考文献:

《Python Immediate》

8.3. collections — 容器数据类型 — Python 3.6.15 文档

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