数据结构之队列
1.队列介绍
- 队列是一个有序列表，可以用数组或者链表来实现。
- 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。
2.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上图，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。
- 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:
- 将尾指针往后移: rear+1，当front == rear为空
- 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]
package com.yt;
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(10);
char key = '0';//接收用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
//输入一个菜单
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):增加数据到队列");
System.out.println("g(get):从队列中取出数据");
System.out.println("h(head):查看对列头的数据");
key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
switch (key){
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("请输入一个数据");
int value = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int res = arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n",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
class ArrayQueue{
private int maxSize;//表示数组的最大容量
private int front;//表示队列头
private int rear;//表示队列尾
private int[] arr;//该数组用于存放数据，模拟队列
public ArrayQueue(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1;
rear = -1;//队尾和队头指针初试时都指向相同的位置
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty(){
return rear == front;
}
//判断队列是否满
public boolean isFull(){
return rear == maxSize -1;
}
//往队列中增加元素
public void addQueue(int num){
//先判断是否队列满
if (isFull()){
System.out.println("队列满了，不能添加");
return;
}
rear++;//让尾指针后移一位便于存放数据
arr[rear] = num;
}
//删除队列中的数据,并返回删除的数据
public int getQueue(){
//先判断队列是否为空
if (isEmpty()){
// System.out.println("队列为空，不能再删除了");
// return -1;
//抛出异常
throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
}
front++;
return arr[front];
}
//遍历队列中的所有数据
public void showQueue(){
//判断队列是否为空
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]);
}
}
//显示队列的第一个数据，注意不是取出数据
public int headQueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列为空");
}
return arr[front+1];
}
}
3.数组模拟环形队列
上述实现方式存在只能使用一次的问题，没有达到复用的效果，因此将该数组优化为环形队列。
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。(通过取模的方式来实现即可)
- 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 表示队列满。
- rear == front [表示队列空]。
package com.yt;
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo1 {
public static void main(String[] args) {
//测试
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
char key = '0';//接收用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
//输入一个菜单
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):增加数据到队列");
System.out.println("g(get):从队列中取出数据");
System.out.println("h(head):查看对列头的数据");
key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
switch (key){
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("请输入一个数据");
int value = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int res = arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n",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");
}
}
//使用数组模拟环形队列
class ArrayQueue1{
private int maxSize;//表示数组的最大容量
private int front;//表示队列头,初试值为0
private int rear;//表示队列尾，初试值为0
private int[] arr;//该数组用于存放数据，模拟队列
public ArrayQueue1(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1;
rear = -1;//队尾和队头指针初试时都指向相同的位置
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty(){
return rear == front;
}
//判断队列是否满
public boolean isFull(){
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
//往队列中增加元素
public void addQueue(int num){
//先判断是否队列满
if (isFull()){
System.out.println("队列满了，不能添加");
return;
}
//rear++;//让尾指针后移一位便于存放数据
//直接将数据加入
arr[rear] = num;
//将rear后移，这里必须实现取模操作
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
//删除队列中的数据,并返回删除的数据
public int getQueue(){
//先判断队列是否为空
if (isEmpty()){
// System.out.println("队列为空，不能再删除了");
// return -1;
//抛出异常
throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
}
// front++;
// return arr[front];
//先取值再移动
int value = arr[front];//先将值取出来保存到临时变量
front = (front + 1) % maxSize;//再将头指针后移
return value;
}
//遍历队列中的所有数据
public void showQueue(){
//判断队列是否为空
if (isEmpty()){
System.out.println("队列为空，没有数据");
return;
}
//从front开始遍历，遍历多少个元素呢？编写一个计算有效数据个数的方法
for (int i=front; i<front+size(); i++){
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
}
}
//计算有效数据个数,重点
public int size(){
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
//显示队列的第一个数据，注意不是取出数据
public int headQueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列为空");
}
return arr[front];
}
}
