Scheme 语言 实战 双端队列性能对比实验与分析

双端队列^【1】性能^【2】对比实验与分析

双端队列（deque^【3】，Double-ended queue）是一种具有两端的队列，可以在两端进行插入^【4】和删除^【5】操作。在Scheme^【6】语言中，双端队列是一种常用的数据结构，广泛应用于各种算法和程序设计中。本文将通过实验对比分析不同实现方式的双端队列在性能上的差异，以期为实际应用提供参考。

实验环境

- 操作系统^【7】：Windows 10
- 编程语言：Scheme
- 解释器：Guile^【8】 2.2.6
- 实验数据^【9】：随机生成的整数序列

实验目的

1. 对比分析不同实现方式的双端队列在插入、删除操作上的性能差异^【10】。
2. 分析不同实现方式的双端队列在内存占用^【11】上的差异。
3. 为实际应用提供双端队列实现的选择依据。

实验方法

1. 实现三种不同方式的双端队列：
- 链表^【12】实现
- 数组^【13】实现
- 循环数组^【14】实现
2. 对每种实现方式的双端队列进行插入、删除操作，并记录操作时间。
3. 对每种实现方式的双端队列进行内存占用分析。

实验结果与分析

1. 链表实现

链表实现的双端队列在插入和删除操作上具有较好的灵活性^【15】，但性能相对较低。以下是链表实现的双端队列的代码示例：

scheme
(define (make-deque)
(let ((head '())
(tail '()))
(lambda (op . args)
(case op
('insert-front (let ((new-node (list (car args))))
(set! head (cons new-node head))
(if (null? tail)
(set! tail head)
(set! (cdr (last tail)) new-node))))
('insert-back (let ((new-node (list (car args))))
(set! (cdr (last tail)) new-node)
(set! tail (cons new-node tail)))
('delete-front (let ((node (car head)))
(set! head (cdr head))
(if (null? head)
(set! tail '())
(set! (cdr (last tail)) head)))
('delete-back (let ((node (last tail)))
(set! tail (butlast tail))
(if (null? tail)
(set! head '())
(set! (cdr (last tail)) '())))))))


2. 数组实现

数组实现的双端队列在插入和删除操作上具有较好的性能，但内存占用较大。以下是数组实现的双端队列的代码示例：

```scheme
(define (make-deque size)
(let<sup>【16】</sup> ((deque (make-array<sup>【17】</sup> size 'fill-pointer<sup>【18】</sup> 0)))
(lambda<sup>【19】</sup> (op<sup>【20】</sup> . args<sup>【21】</sup>)
(case<sup>【22】</sup> op
('insert-front (let ((new-element (car<sup>【23】</sup> args)))
(vector-set!<sup>【24】</sup> deque (vector-length<sup>【25】</sup> deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
(vector-set! deque (vector-length deque) new-element)
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