滑动窗口：实现和性能（Java）

Question

我想实现一个非常简单的滑动窗口。换句话说，我将有某种列表，其中包含从该列表的右端插入并从左端删除的对象。在每次插入中，先前的对象都会左移一个索引。当列表被对象填满时，在从右端每次插入时，都会从左端删除一个对象（之前的对象当然会像往常一样左移一个索引）。

我想到的是 LinkedList 或 ArrayDeque - 可能后者是更好的选择，因为据我所知，在任一端插入和删除都是 ArrayDeque 的持续努力 O(1)，即LinkedList 不是这种情况。对吗？

此外，我想问以下问题：当我插入新对象时，左移存储在滑动窗口中的所有先前对象对于像我的情况一样具有 100,000 甚至 1,000,000 个对象的大型滑动窗口来说是处理密集型的.是否有任何其他数据结构可能在我的应用程序中表现更好？

注意：我使用术语“滑动窗口”来表示我想要实现的功能，也许还有其他术语可以更好地描述它，但我认为从上面的描述中我想清楚我想要做什么。

Answer 1

ArrayDeque 做你想做的事。它不会移动元素。它移动开始和结束位置的索引。添加元素时，结束计数器移动，删除元素时，开始计数器移动。

ArrayDeque 的一个优点是它可以使用更少的内存并且确实会产生垃圾。不利的一面是，它有一个固定的最大尺寸。 LinkedList 增长和缩小。

顺便说一句，如果您想要一个轻量级的滑动窗口或某些值的平均值，指数加权移动平均线要便宜得多，因为您只需要记录两个值，上一次和上一次。

例如

double last = 0;
long lastTime = 0;
double halfLife = 60 * 1000; // 60 seconds for example.

public static double ewma(double sample, long time) {
    double alpha = Math.exp((lastTime - time) / halfLife);
    lastTime = time;
    return last = sample * alpha + last * (1 - alpha); 
}

或者你可以近似这个以避免调用 Math.exp

public static double ewma(double sample, long time) {
    long delay = time - lastTime
    double alpha = delay >= halfLife ? 1.0 : delta / halfLife;
    lastTime = time;
    return last = sample * alpha + last * (1 - alpha); 
}

这要快很多倍，而且在很短的时间间隔内会产生几乎相同的结果。

Answer 2

你说的是Queue吗？看看java.util.LinkedList implementation，因为它实现了Queue 接口。同样LinkedList 的推送和弹出复杂度都是 O(1)，但获取的复杂度是 O(N)。

编辑：这是LinkedList的add方法的核心：

Link<ET> next = link.next;
Link<ET> newLink = new Link<ET>(object, link, next);
link.next = newLink;
next.previous = newLink;
link = newLink;
lastLink = null;
pos++;
expectedModCount++;
list.size++;
list.modCount++;