20172325 2018-2019-2 《Java程序设计》第三周学习总结

教材学习内容总结

一、什么是队列？

队列是一种线性集合，其元素从一端加入，从另一端删除；
队列的元素按照FIFO的方式处理，也就是遵从“先进先出”的原则，第一个进入队列的元素将是第一个退出的元素；
队列分为队列有队头（front）和队尾（rear），数据从队尾进入队列，从队头出队列，队头指向队列的第一个数据，队尾指向队列中的最后一个数据。

二、队列的顺序存储结构

（1）顺序队列的定义：
队列的顺序存储结构称为顺序队列，顺序队列实际上是运算受限的顺序表。
（2）顺序队列的表示：
和顺序表一样，顺序队列利用内存中一段连续的存储空间来存放当前队列中的元素。
由于队列的队头和队尾的位置是变化的，设置两个指针front和rear分别指示队头元素和队尾元素，它们的初值在队列初始化时均应置为0。
（3）顺序队列的基本操作
入队时：将新元素插入rear所指的位置的后一位。
出队时：删去front所指的元素，然后将front加1并返回被删元素。

三、链表实现队列

对于链式队列，将使用带头指针front和尾指针rear的单链表实现，front直接指向队头的第一个元素，rear指向队尾的最后一个元素，其结构如下：
之所以选择单链表（带头尾指针）而不采用循环双链表或者双链表主要是双链表的空间开销（空间复杂度，多前继指针）相对单链表来说大了不少，而单链表只要新增头指针和尾指针就可以轻松实现常数时间内（时间复杂度为O(1)）访问头尾结点。下面我们来看看如何设计链式队列：
1、以上述的图为例分别设置front和rear指向队头结点和队尾结点，使用单链表的头尾访问时间复杂度为O(1)。
2、设置初始化空队列，使用front=rear=null，并且约定条件frontnull&&rearnull成立时，队列为空。
3、出队操作时，若队列不为空获取队头结点元素，并删除队头结点元素，更新front指针的指向为front=front.next
4、入队操作时，使插入元素的结点在rear之后并更新rear指针指向新插入元素。
5、当第一个元素入队或者最后一个元素出队时，同时更新front指针和rear指针的指向。
这一系列过程如下图所示：

四、数组实现队列

由于队列操作会修改集合的两端，因此将一端固定于索引0处要求移动元素。
非环形数组实现的元素移位，将产生O(n)的复杂度。
把数组看作是环形的，可以除去在队列的数组实现中把元素移位的需要。

教材学习中的问题和解决过程

问题1：什么是溢出？溢出有哪些情况？
问题1解决方案：
顺序表的溢出现象：
（1）“下溢”现象
当队列为空时，做出队运算产生的溢出现象。“下溢”是正常现象，常用作程序控制转移的条件。
（2）"真上溢"现象
当队列满时，做进栈运算产生空间溢出的现象。“真上溢”是一种出错状态，应设法避免。
（3）"假上溢"现象
由于入队和出队操作中，头尾指针只增加不减小，致使被删元素的空间永远无法重新利用。当队列中实际的元素个数远远小于内存中本分配的空间时，也可能由于尾指针已超越向量空间的上界而不能做入队操作。该现象称为"假上溢"现象。如下图
问题2：队列的基本操作方式有哪几种，为何在网络上查找具体指令时出现很多不同的叫法，到底哪一些是规范的操作？
问题2解决方案：首先查找了课本，看了同学的博客，总结出了五种具体的操作指令：
enqueue：向队列末端添加一个元素
dequeue：从队列前段删除一个元素
first：考察队列前端的那个元素
isempty：判定队列是否为空
size：确定队列的元素数目
关于网络上的不同指令，询问了课代表余坤澎同学，他给我的解释是，这些不同的指令虽然有不同的叫法，但是都是为了达到同一目的，但是比较规范的也就是常用的、约定俗成的一些叫法，不用太在意叫法上的不同。