双端动态数组数据结构的缺点是什么？答案

【问题标题】：What are the disadvantages of double ended dynamic array data structure?双端动态数组数据结构的缺点是什么？
【发布时间】：2017-12-04 10:40:01
【问题描述】：

动态数组是一种众所周知的数据结构：例如，我们分配一个包含 8 个元素的数组，并在插入到数组末尾时使用这些插槽。当我们没有插槽时，我们分配一个大小为 16 的数组，依此类推。我们得到O(1) 插入到末尾的摊销复杂性。动态数组以多种语言及其标准库实现。

这里的一个限制是插入到数组的开头是O(n)，因为开头没有空闲插槽。但是为什么不在数组的开头和结尾都设置一些空闲槽呢？它可以在两端插入O(1)，如果我们用完任一侧的空闲插槽，我们会像往常一样分配一个更大的数组。

它的内存效率将低于单端动态数组（因为我们需要在两侧维护空闲插槽），但在两侧插入 O(1) 并不是一个糟糕的权衡。或者是吗？还有其他缺点吗？我还没有看到这种数据结构在任何地方实现，它的致命缺陷是什么？

【问题讨论】：

我猜这取决于算法，如果您的算法要求您同时执行追加和前置操作，那么这种数据结构可能会给您带来一些好处。即使在这种情况下，跟踪最后一个元素的链表也可能更易于使用。
@Ankur 链表会更简单，但这里我也有O(1) 随机索引访问。
我猜大多数算法只是不需要在开头经常插入。 grep 一些 Python 代码库，并计算 append 的数量与 insert(0, 的数量。所以大多数人只是懒得去创造它。

标签： arrays algorithm data-structures dynamic-arrays

【解决方案1】：

这是我个人的看法。就像你说的，动态数组非常简单和普通，但它们在开始时的插入肯定不会有很好的表现。像您建议的那样，增加两端数组的大小是可能的，在某些情况下它可能工作正常，但算法并不像看起来那么清晰。在增加内部阵列时，您总是在两端添加松弛还是仅在已用尽的一侧添加松弛？或者你是否试图保持两个利润平衡？这可能会极大地影响结构的空间效率，而且可能不容易预测。

另一方面，如果您需要在两端插入，您可以使用动态循环数组。循环数组的许多实现都有一个固定的最大大小，但没有什么能真正阻止你让它成为动态的。您甚至可以在一些动态数组实现之上实现它。循环数组引入了添加基本索引（在双端松弛时无论如何都需要）和计算模数的少量开销，但它们具有可预测且节省空间的行为。

【讨论】：

【解决方案2】：

实际上有些语言已经实现了这种数据结构，例如deque 在 C++ STL 中。

deques 上常见操作的复杂度（效率）为如下：

随机访问 - 常数 O(1)

在末尾或开头插入或删除元素 - 常数 O(1)

插入或移除其他元素 - 线性 O(n)

【讨论】：

std::deque 具有相同的属性，但实现更复杂。它是向量的向量，而不是一个数组。