20172314 2018-2019-1《程序设计与数据结构》第三周学习总结

教材学习内容总结

概述

• 队列是一种线性集合，其元素从一端加入，从另一端删除，所以队列元素是先进先出。

• enqueue：向队列末端添加一个元素

  dequeue：从队列前端删除一个元素

  first：考察队列前端的那个元素

  isempty：判定队列是否为空

  size：判定队列中的元素数目

  tostring：返回队列的字符串表示

Java API中的队列

• Queue接口

  Queue接口并没有实现传统的enqueue，dequeue，和first操作，Queue接口定义了另外两种方法，往队列中添加元素或从队列中删除元素，在异常类处理上，一个提供了布尔返回值，另一个抛出一个异常。

• Queue接口定义一个element方法，该方法等价于first、front或peek。该方法检索队列首部的元素，但不删除它。

• Queue接口提供了两个方法add和offer，add操作可以确保队列含有给定的元素，如果给定的元素没有添加到队列将给出一个异常；offer操作把给定元素插入到队列中，插入成功返回true，否则返回false。

使用队列：代码密钥

• 凯撒加密法：

  是一种简单的消息编码方式：它根据字母表将消息中的每个字母移动常量的k位。例如，如果k等于3，则在编码后的消息中，每个字母都会向前移动3位：a会被替换成d，b会被替换成e，c会被替换成f，依此类推。字母表末尾将环绕到字母表开头。于是，w会被替换成z，x会被替换成a，y会被替换成b，z会被替换成c。

  解码消息：每个字母会反方向移动同样的位数。因此，如果k等于3，下面这条已编
  码的消息：
  vipsolflwb iroorzv frpsohalwb
  会被解码成
  simplicity follows complexity

• 重复密钥：

  可以将每个字母移动常数位，而是利用一个密钥值列表，将各个字母移动不同的位数。如果消息比密钥值列表更长，可以从头再次使用这个密钥列表。例如，假设密钥值为317425，那么第1个字母会移动3位，第2个字母会移动1位，第3个字母会移动7位，等等。将第6个字母移动5位之后，会从头再次使用这个密钥列表。于是第7个字母会移位第8个字母会移动1位，等等。

• 队列是一种可存储重复编码密钥的便利集合。

• 队列的性质使得密钥值能保持正确的次序：不用担心何时抵达密钥末尾，该如何从头开始。

使用队列：售票口模拟

队列ADT

用链表实现队列

• 我们必须要操作链表的两端，需要一个指向链表首元素的引用（head），还需要一个指向链表末元素的引用（tail)。这样方便队列的链表实现。

• 往链表前端添加新结点，就把该新结点的next指针设置成指向链表的head变量，把head变量设置成指向新结点。如果是往链表的末端添加新结点，那就把链表末端结点的next指针设置成指向新结点，然后把链表的tail设置成指向新结点。

• 对于单向链表，可以选择从末端入列，从前端出列。这样操作的复杂度低；在双向链表中，无所谓从哪端入列和出列。

• enqueue操作：将新元素放到链表末端。

  public void enqueue(T element) {
      LinearNode<T> node = new LinearNode<T>(element);
  
      if (isEmpty())
          head = node;
      else
          tail.setNext(node);
      tail = node;
      count++;
  }
  

• dequeue操作：首先要确保至少存在一个可返回元素，并且删除队列前端元素。

  public T dequeue() throws EmptyCollectionException {
      if (isEmpty())
          throw new EmptyCollectionException("queue");
  
      T result = head.getElement();
      head = head.getNext();
      count--;
  
      if ((isEmpty()))
          tail = null;
  
      return result;
      }
  

用数组实现队列

• 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。

• 队列前端固定在索引0处，删除元素时，dequeue操作复杂度为O（n）；队列末端固定在索引0处时，元素入列时，enqueue操作的复杂度为O（n）。

• 把数组看做环形的，可以除去在队列的数组实现中把元素移位的需要。

• 环形数组：是用数组来存储队列的方法，数组的最后一个索引后面跟的是第一个索引。

• 使用环形数组，某个元素一旦添加到队列中，它就存储在数组的某个位置，直到用dequeue操作把他删除。

• 
  

• 用线性图来理解就是：
  

• enqueue操作，其中实现了rear在适当的时候绕回到0.

  public void enqueue(T element) {
      if(size() == queue.length)
          expandCapacity();
  
      queue[rear] = element;
      rear = (rear+1) % queue.length;
  
      count++;
  }
  

• dequeue操作

  public T dequeue() throws EmptyCollectionException {
      if(isEmpty())
          throw new EmptyCollectionException("queue");
  
      T result = queue[front];
      queue[rear] = null;
      front = (front + 1) % queue.length;
  
      count--;
      return result;
  
  }
  

• 双端队列：是队列的扩展，它允许从队列的两端添加、删除和查看元素。

教材学习中的问题和解决过程

• 问题一：为什么单向链表末端入列前端出列更好？

• 问题一解决：

  （1）在链表末端进行enqueue操作，而在链表前端进行dequeue操作，在进行dequeue操作时，只需要设置一个临时变量指向链表前端的元素，然后把front变量设置为第一个节点的next 指针的值。
  （2）在链表的前端进行enqueue操作，末端进行dequeue操作，那么为了从末端出列，必须把一个临时变量设置为指向链表末端的元素，然后把tail指针设置为指向当前末端之前的结点。在单项链表中必须遍历才能找到该结点，这样复杂度为O（n）
  （3）相比较来说，末端入列前端出列更合适。

• 问题二：环形数组为什么不需要移位

• 问题二解决：参考数组实现的 环形队列

  每次出队操作，头指针后移，每次入队，尾指针也后移。因为数组是固定长度连续空间，首位指针后移，队尾可插入区域会越来越小。当然，可以每次出队，整个队列前移，但是数组移动需要牺牲性能。环形队列可以解决数组移动的缺点，当尾指针超出数组末尾时，尾指针移动数组头部。这就将数组虚拟成了一个环形，只要队列长度没达到最大值，就可以插入，而不用移动数组。

代码调试中的问题和解决过程

• 问题一：在做课堂测试时，需要给出size、isEmpty和toString等方法的定义，以完成LinkedStack类的实现。但是在测试toString方法时，总是显示空指针
  

• 问题一解决：开始的toString方法如下

      public String toString(){
        LinnearNode node = new LinnearNode();
        node = top;
        while (node != null) {
            System.out.print(node.getElement()+ " ");
            node = node.getNext();
        }

        return node.getElement().toString();

但是由于在while循环之后，node是不断变化的，最后返回的并不是链表内容，修改为如下代码，用字符串形式将链表返回。

    LinnearNode<T> node ;
    String a = "";
    node = top;

        while (node != null) {
            a += node.getElement().toString()+ " ";
            node = node.getNext();
        }
        return a;

代码托管

• 

• PP5-1
  

• PP5-2
  

• PP5-7
  

上周考试错题总结

• 上周无测试

结对及互评

点评模板：

• 博客中值得学习的或问题：

  • 20172305谭鑫的疑难问题解决的很好，内容全面，排版精美。
  • 20172323王禹涵的博客中课本内容总结有具体代码，但遇到的问题及解决过程的记录可以更加丰富一点。

• 基于评分标准，我给谭鑫的博客打分：6分。得分情况如下：

  • 问题加分3分
  • 感悟不假大空加1分
  • 排版精美的加1分
    -正确使用Markdown语法加1分
    -模板中的要素齐全加1分

• 基于评分标准，我给王禹涵的博客打分：6分。得分情况如下：
  • 排版精美的加1分
  • 问题加分2分
  • 感悟不假大空加1分
    -正确使用Markdown语法加1分
    -模板中的要素齐全加1分

其他

感觉最近学习的这几章内容是一个套路的，所以有点点混乱。在Java上下的功夫有所减少，要及时温习，熟悉课本。

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）
目标	5000行	30篇	400小时
第一周	0/0	1/1	8/8
第二周	1163/1163	1/2	15/23
第三周	774/1937	1/3	12/50

补充作业

补充作业：在你一生中身体最健康、最旺盛的时候，能在大学学习和研究，是一生中少有的机会。请说明一下，你以及具备的专业知识、技能、能力上还差距哪些？请看这个技能调查表，从表中抽取5-7项你认为对你特别重要的技能，记下你目前的水平，和你想在课程结束后达到的水平（必须列出5项）链接

技能	课前	课后
Programming Overall / 对编程整体的理解	3	8
Programming: Comprehension（程序理解）（如何理解已有的程序，通过阅读，分析，debug）	4	9
Personal Software Process （个人软件过程）：估计，记录工作量，并逐步提高	6	9
Programming：Implementation（模块实现，逐步细化）	2	9
Programming：Design （架构设计，模块化设计，接口设计）	1	8

参考：

• 数组实现的 环形队列