[LeetCode] 1670. Design Front Middle Back Queue

Design a queue that supports push and pop operations in the front, middle, and back.

Implement the FrontMiddleBack class:

• FrontMiddleBack() Initializes the queue.
• void pushFront(int val) Adds val to the front of the queue.
• void pushMiddle(int val) Adds val to the middle of the queue.
• void pushBack(int val) Adds val to the back of the queue.
• int popFront() Removes the front element of the queue and returns it. If the queue is empty, return -1.
• int popMiddle() Removes the middle element of the queue and returns it. If the queue is empty, return -1.
• int popBack() Removes the back element of the queue and returns it. If the queue is empty, return -1.

Notice that when there are two middle position choices, the operation is performed on the frontmost middle position choice. For example:

• Pushing 6 into the middle of [1, 2, 3, 4, 5] results in [1, 2, 6, 3, 4, 5].
• Popping the middle from [1, 2, 3, 4, 5, 6] returns 3 and results in [1, 2, 4, 5, 6].

Example 1:

Input:
["FrontMiddleBackQueue", "pushFront", "pushBack", "pushMiddle", "pushMiddle", "popFront", "popMiddle", "popMiddle", "popBack", "popFront"]
[[], [1], [2], [3], [4], [], [], [], [], []]
Output:
[null, null, null, null, null, 1, 3, 4, 2, -1]

Explanation:
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();     // return 1 -> [4, 3, 2]
q.popMiddle();    // return 3 -> [4, 2]
q.popMiddle();    // return 4 -> [2]
q.popBack();      // return 2 -> []
q.popFront();     // return -1 -> [] (The queue is empty)

Constraints:

• 1 <= val <= 109
• At most 1000 calls will be made to pushFront, pushMiddle, pushBack, popFront, popMiddle, and popBack.

设计前中后队列。

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] 。

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/design-front-middle-back-queue
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这是一道设计题，思路是用两个双端队列deque做。首先我需要创建两个deque，left 和 right。left 在左边，right 在右边，left 的右侧跟 right 的左侧相接。当元素个数为偶数的时候，left 和 right 的元素个数是相同的；但是当元素个数为奇数的时候，right 会比 left 多一个元素。

pushFront() - 只会从 left 的左侧加元素

pushBack() - 只会从 right 的右侧加元素

popFront() - 只会从 left 的左侧弹出元素

popBack() - 只会从 right 的右侧弹出元素

pushMiddle() - 如果两个 deque 元素个数相同，则加入 right；反之则加入 left

popMiddle() - 如果两个 deque 元素个数相同，则试图弹出 left 的最右侧元素（注意有可能为空）；反之则弹出 right 最左侧的元素

最后我们还需要一个 balance() 函数来帮助平衡两个 deque 的元素个数，使得 right 最多比 left 多一个元素。

时间O(1) - amortized，因为这是ArrayDeque决定的

空间O(n)

Java实现

class FrontMiddleBackQueue {
    Deque<Integer> left;
    Deque<Integer> right;

    public FrontMiddleBackQueue() {
        left = new ArrayDeque<>();
        right = new ArrayDeque<>();
    }

    //   addFromHere -> left -- right
    public void pushFront(int val) {
        left.addFirst(val);
        balance();
    }

    public void pushMiddle(int val) {
        if (left.size() == right.size()) {
            right.addFirst((val));
        } else {
            left.addLast(val);
        }
    }

    public void pushBack(int val) {
        right.addLast(val);
        balance();
    }

    public int popFront() {
        Integer num = left.pollFirst();
        if (num == null) {
            num = right.pollFirst();
            return num == null ? -1 : num;
        } else {
            balance();
            return num;
        }
    }

    public int popMiddle() {
        if (left.size() == right.size()) {
            Integer num = left.pollLast();
            return num == null ? -1 : num;
        } else {
            return right.pollFirst();
        }
    }

    public int popBack() {
        Integer num = right.pollLast();
        balance();
        return num == null ? -1 : num;
    }

    private void balance() {
        if (left.size() > right.size()) {
            right.addFirst(left.pollLast());
        } else if (left.size() + 2 == right.size()) {
            left.addLast(right.pollFirst());
        }
    }
}

/**
 * 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();
 */

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