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队列

coydone
2021-06-05 / 0 评论 / 0 点赞 / 305 阅读 / 4,150 字 / 正在检测是否收录...
温馨提示:
本文最后更新于 2022-05-02,若内容或图片失效,请留言反馈。部分素材来自网络,若不小心影响到您的利益,请联系我们删除。

队列介绍

队列是一个有序列表,可以用数组或链表来实现。队列分为单向队列和双端队列(deque)。

遵循先入先出的原则。即:先存入队列的数据,要先取出。后存入的要后取出。

数组模拟队列

概述

队列本身是有序列表,若使用数组的结构来存储队列的数据,则队列数组的声明如下图,其中 maxSize 是该队列的最大容量。

因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理,因此需要两个变量 front及 rear分别记录队列前后端的下标,front 会随着数据输出而改变,而 rear 则是随着数据输入而改变,如图所示:rear 是队列最后[含] front 是队列最前元素[不含]。

当我们将数据存入队列时称为:addQueue,addQueue 的处理需要有两个步骤:

1、将尾指针往后移:rear+1 ,当 front == rear 时,此时队列为空。

2、若尾指针 rear 小于队列的最大下标 maxSize-1,则将数据存入 rear 所指的数组元素中,否则无法存入数据。 rear == maxSize -1,此时队列已满。

代码实现

public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个队列
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';//接收用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        //输出一个菜单
        while (loop) {
            System.out.println("s(show):显示队列");
            System.out.println("e(exit):退出程序");
            System.out.println("a(add):添加数据到队列");
            System.out.println("g(get):从队列里取数据");
            System.out.println("h(head):查看队列头的数据");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key) {
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输出一个数");
                    int i = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(i);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据:"+res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.println("队列头的数据:"+res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}

//使用数组模拟队列:编写一个ArrayQueue类
class ArrayQueue{
    private int maxSize;//数组的最大容量
    private int front;//队列头
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//用于存放数据,模拟队列

    //创建队列的构造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1;//指向队列头部的前一个位置
        rear = -1;//指向队列尾的具体数据,就是队列最后一个数据
    }

    //判断队列是否满
    public boolean isFull() {
        return rear == maxSize-1;
    }

    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否满
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列满,不能加人数据");
            return;
        }
        rear++;//让rear后移
        arr[rear] = n;
    }

    //获取队列的数据,出队列
    public int getQueue() {
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()) {
            throw  new RuntimeException("队列空,不能取数据");
        }
        front++;//front后移
        return arr[front];
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue() {
        //遍历
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空,无法遍历");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.println("遍历结果:"+i+"===="+arr[i]);
        }
    }
    //显示队列的头数据
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空,没有数据");
            throw new RuntimeException("队列为空,没有数据");
        }
        return arr[front+1];
    }
}

数组模拟环形队列

概述

因为采用rear == maxSize-1作为队满条件有缺陷,当队满条件为真时,队中可能还有若干空位置。

对前面的数组模拟队列的优化,充分利用数组。因此将数组看做是一个环形的,把数组的前端和后端连接起来,形成一个环形的顺序表,即把存储队列元素的表从逻辑上看成一个环,称为环形队列或循环队列。(通过取模的方式来实现即可)

分析说明:

front变量的含义做一个调整:front就指向队列的第一个元素,也就是说arr[front]就是队列的第一个元素。front的初始值为0。

rear变量的含义做一个调整:rear指向队列的最后一个元素的后一个位置。因为希望空出一个空间作为约定。rear的初始值为0。

尾索引的下一个为头索引时表示队列满,即将队列容量空出一个作为约定,这个在做判断队列满的时候需要注意。

(rear + 1) % maxSize == front [满],rear == front [空]

代码实现

class CircleArray {
    private int maxSize; // 表示数组的最大容量
    //front变量的含义做一个调整:front就指向队列的第一个元素, 也就是说 arr[front] 就是队列的第一个元素
    //front的初始值 = 0
    private int front;
    //rear 变量的含义做一个调整:rear指向队列的最后一个元素的后一个位置,因为希望空出一个空间做为约定
    //rear 的初始值 = 0
    private int rear; // 队列尾
    private int[] arr; // 该数据用于存放数据, 模拟队列

    public CircleArray(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

    // 判断队列是否满
    public boolean isFull() {
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }

    // 判断队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    // 添加数据到队列
    public void addQueue(int n) {
        // 判断队列是否满
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列满,不能加入数据");
            return;
        }
        //直接将数据加入
        arr[rear] = n;
        //将 rear 后移, 这里必须考虑取模
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    //获取队列的数据, 出队列
    public int getQueue() {
        // 判断队列是否空
        if (isEmpty()) {
            // 通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列空,不能取数据");
        }
        // 这里需要分析出 front是指向队列的第一个元素
        // 1. 先把 front 对应的值保留到一个临时变量
        // 2. 将 front 后移, 考虑取模
        // 3. 将临时保存的变量返回
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue() {
        // 遍历
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空的,没有数据");
            return;
        }
        // 思路:从front开始遍历,遍历多少个元素
        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }

    //求出当前队列有效数据的个数
    public int size() {
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

    //显示队列的头数据, 注意不是取出数据
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空的,没有数据");
        }
        return arr[front];
    }
}
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