Java实现队列以及环形队列
1队列
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
1.1数组模拟队列
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。
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) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h': //查看队列头的数据
try {
int res = queue.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': //退出
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出~~");
}
}
//数组模拟队列
class ArrayQueue{
private int maxSize; //队列的最大长度
private int front; //队列头下标，指向队列头的前一个位置，初始为-1
private int rear; //队列的尾下标，指向队列尾的数据，初始为-1
private int arr[]; //存放数据，模拟队列
//初始化队列
public ArrayQueue(int arrMaxSize){
this.maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1; // 指向队列头部，分析出 front 是指向队列头的前一个位置.
rear = -1; // 指向队列尾，指向队列尾的数据(即就是队列最后一个数据)
}
public boolean isFull(){
return front==(maxSize-1);
}
public boolean isEmpty(){
return front==rear;
}
//出队列
public int getQueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，无法出队列");
}else {
front++;
return arr[front];
}
}
//进队列
public void addQueue(int num){
if (isFull()){
System.out.println("队列满，无法进队列");
}else {
rear++;
arr[rear]=num;
}
}
public void showQueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，无数据");
}else {
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
}
}
}
// 显示队列的头数据
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
}
return arr[front + 1];
}
}
问题分析：目前数组使用一次就不能用， 没有达到复用。
优化：将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列。
1.2数组模拟环形队列
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");
// 创建一个环形队列
CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(4); //说明设置 4, 其队列的有效数据最大是 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;
case 'h': // 查看队列头的数据
try {
int res = queue.headQueue();
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;
case 'e': // 退出
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出~~");
}
}
//数组模拟环形队列
class CircleArrayQueue{
private int maxSize; //队列的最大长度，队列的有效长度为maxSize-1，空出一个空间
private int front; //队列头下标，指向队列的第一个数据，初始值为0
private int rear; //队列的尾下标，指向队列最后一个数据的后面一位，初始值为0
private int arr[]; //存放数据，模拟队列
//初始化队列
public CircleArrayQueue(int arrMaxSize){
this.maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = 0; // 指向队列头部
rear = 0; // 指向队列尾的后一个位置
}
public boolean isFull(){
return (rear+1)%maxSize==front;
}
public boolean isEmpty(){
return front==rear;
}
//出队列
public int getQueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，无法出队列");
}else {
int value = arr[front];
//因为是环形队列，当取出尾部(maxsize-1下标)的数字时，取模回到0下标
front = (front+1)%maxSize;
return value;
}
}
//进队列
public void addQueue(int num){
if (isFull()){
System.out.println("队列满，无法进队列");
}else {
arr[rear]=num;
rear = (rear+1)%maxSize;
}
}
public void showQueue(){
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，无数据");
}else {
for (int i = front; i < front+((rear-front+maxSize)%maxSize); i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i%maxSize, arr[i%maxSize]);
}
}
}
// 显示队列的头数据
public int headQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
}
return arr[front];
}
}
思路来自尚硅谷韩顺平老师数据结构与算法课程
https://www.bilibili.com/video/BV1E4411H73v
