Python collections.deque 使用指南：双端队列的高效操作与场景应用

collections.deque 是 Python 标准库 collections 模块中提供的一个双端队列（Double-Ended Queue）数据结构。相比于列表（list）等其他线性序列，deque 特别适用于频繁地在两端进行元素添加和移除操作的场景，因为它在这些操作上具有更高的效率。以下是关于 collections.deque 的关键特性与用法概览：

核心特性

双向访问：deque 支持从两端高效地插入和删除元素，即可以在头部（左侧）和尾部（右侧）执行入队（append）、出队（pop）、追加（appendleft）、弹出（popleft）等操作。

固定长度限制（可选）：创建 deque 时可以指定一个最大长度（maxlen 参数）。当达到最大长度后，再添加新元素时会自动从另一端移除最旧的元素，从而保持 deque 的固定大小。如果不指定 maxlen 或设置为 None，则 deque 将无长度限制。

线程安全的并发操作：对于支持线程安全版本的 Python 实现（如 CPython），collections.deque 提供了一种线程安全的模式，即在多线程环境中能够安全地进行并发访问和修改。

基本用法

创建 deque

from collections import deque

# 创建一个空的 deque
empty_deque = deque()

# 通过可迭代对象创建 deque，并在右侧填充元素
filled_deque = deque([1, 2, 3, 4])

# 创建一个有限长度（最大长度为 5）的 deque
fixed_length_deque = deque(maxlen=5)

操作方法

添加元素

• append(x)：在 deque 的右侧（尾部）添加一个元素 x。
• appendleft(x)：在 deque 的左侧（头部）添加一个元素 x。

移除元素

• pop()：移除并返回 deque 右侧（尾部）的最后一个元素。如果没有元素则引发 IndexError。
• popleft()：移除并返回 deque 左侧（头部）的第一个元素。如果没有元素则引发 IndexError。

其他操作

• rotate(n)：以原地方式向右旋转 deque 中的元素。正数 n 表示顺时针旋转，负数表示逆时针旋转。
• clear()：清空 deque 中的所有元素。

属性

• len(deque)：返回 deque 中元素的数量。
• deque.maxlen：如果设置了最大长度，返回该最大长度；否则返回 None。

应用场景

由于其独特的性能特点，collections.deque 在以下场景中尤为适用：

• 滑动窗口算法：处理流式数据时，维护一个固定大小的数据窗口，用于计算移动平均、统计最近 N 个元素的某些特征等。
• 队列/栈功能：作为高效的先进先出（FIFO）队列或后进先出（LIFO）栈实现。
• 回溯算法：在搜索或遍历过程中，需要随时撤销若干步操作时，deque 可以方便地存储历史状态。
• 缓存/缓冲区：存放近期使用的数据项，当新的数据项到来时，自动淘汰最久未使用的项。

总之，collections.deque 是 Python 中一种强大而灵活的数据结构，尤其适合那些需要在两端高效增删元素且可能涉及固定长度约束的应用场景。

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存档地址：https://www.yuque.com/worthstudy/study/eak0527n4vv1g5i2?singleDoc# 《collections.deque》