稀疏数组和队列 —— 队列
队列介绍
- 队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。
- 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
- 示意图：(使用数组模拟队列示意图)
数组模拟队列思路
-
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:
-
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：
思路分析
- 将尾指针往后移：rear+1 , 当 front == rear 【空】
- 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[队列满]
代码实现：
package com.yiyang.myfirstspringdemo.algotithm;
import java.util.Scanner;
/**
* @Author 刘翊扬
* @Date 2020/11/22 下午6:43
* @Version 1.0
*/
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试一把 //创建一个队列
MyArrayQueue queue = new MyArrayQueue(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): 从队列取出数据");
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 value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g': //取出数据
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); }break;
}
break;
case 'h': //查看队列头的数据
try {
int res = queue.peek();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); }break;
}
break;
case 'e': //退出
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
}
}
class MyArrayQueue {
private int maxSize; // 队列的最大容量
private int front; // 队列头
private int rear; // 队列尾部
private int arr[];
public MyArrayQueue(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
this.rear = -1;
this.front = -1;
this.arr = new int[maxSize];
}
// 判断队列是否满了
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
// 判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == rear;
}
// 添加数据到队列中
public void addQueue(int n) {
if (isFull()) {
System.out.printf("队列已经满了，无法继续添加");
return;
}
rear++;
arr[rear] = n;
}
// 获取队列数据，队列出列
public int getQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空，没有数据");
}
front++; // front后移
return arr[front];
}
// 显示所有的数据
public void showQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空，没有数据");
return;
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
}
}
// 显示队列的头部
public int peek() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空，没有数据");
}
return arr[front + 1];
}
}
存在的问题？
- 目前数组只能用一次，没有达到复用的效果。【当数组满的时候，再取数据的时候，按道理就可以继续添加，但是由于数组空余位置没有复用，所以无法添加】
- 将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列。取模：%
环形队列
分析：
取模就是为了防止数组下标越界。我们知道当对一个数取模的时候，结果一定比这个数小。
代码实现：
package com.yiyang.myfirstspringdemo.algotithm;
import java.util.Scanner;
/**
* @Author 刘翊扬
* @Date 2020/11/22 下午9:46
* @Version 1.0
*/
public class CircleQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试一把 //创建一个队列
CircleArray queue = new CircleArray(4);
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): 从队列取出数据");
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 value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g': //取出数据
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); }break;
}
break;
case 'h': //查看队列头的数据
try {
int res = queue.peek();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); }break;
}
break;
case 'e': //退出
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
}
}
class CircleArray {
private int maxSize; // 队列的最大容量
// 队列中的第一个元素，初始值为0
private int front;
// 队列中最后一个元素的前一元素。初始值为0
private int rear;
private int arr[];
public CircleArray(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
this.arr = new int[maxSize];
}
// 判断队列是否满了
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
// 判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == rear;
}
// 添加数据到队列中
public void addQueue(int n) {
if (isFull()) {
System.out.printf("队列已经满了，无法继续添加");
return;
}
arr[rear] = n;
// 需要重新计算rear，防止越界。
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
// 获取队列数据，队列出列
public int getQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空，没有数据");
}
int value = arr[front];
// 这里不能直接 + 1。环形，保证数组下标不越界
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
// 显示所有的数据
public void showQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空，没有数据");
return;
}
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
// 求当前队列有效的数量
public int size() {
// 比如： maxSize = 4, front = 1, rear = 2, 有效数量是 1
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
// 显示队列的头部
public int peek() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空，没有数据");
}
return arr[front];
}
}
