数据结构_day02

队列 Queue（模拟银行排队问题）

• 队列是一个有序列表，可以用数组和链表来实现
• 遵循先入先出的原则。

银行排队叫号

优化前（数组实现） 缺点：数组只能使用一次，存过数据后不能再次存储。

package com.demo02;

import java.util.Scanner;
/**
 * 模拟银行排队案例
 */
public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个数组对象
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true ;
        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(git):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);
            switch (key){
            case 's':
                arrayQueue.showQueue();
                break;
            case 'e':
                scanner.close();
                loop = false;
                break;
            case 'a':
                System.out.println("输入一个数字");
                int value = scanner.nextInt();
                arrayQueue.addQueue(value);
                break;
            case 'g':     //取出数据
               try {
                   int res = arrayQueue.getQueue();
                   System.out.printf("去除的数据是%d\n",res);
               }catch (Exception e){
                   System.out.println(e.getMessage());
               }
                break;
            case 'h':
                try {
                    int res = arrayQueue.headQueue();
                    System.out.printf("队列的头数据是%d\n",res);
                }catch (Exception e){
                    System.out.println(e.getMessage());
                }
                break;
            default:
                break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出！");
    }
}

class ArrayQueue{
    private int maxSize;  // 表示数组的最大容量
    private int front;    // 队列头
    private int rear;     // 队列尾
    private int arr[];    // 该队列是用来存放数据

    //创建队列的构造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1;  //指向队列头部前一个位置
        rear = -1;   //指向队列尾，具体的数据
    }

    //判断队列满
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize-1;
    }

    //判断队列空
    public boolean isEmptry(){
        return rear == front;
    }

    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){

        //判断队列是否满
        if(isFull()){
            System.out.println("队列满，不能在添加数据~");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear] = n;
    }

    //获取队列的数据，出队列
    public int getQueue(){
        //判断队列是否空
        if (isEmptry()){
            //通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        //遍历
        if (isEmptry()){
            System.out.println("队列空，不能取数据~");
        }
        for (int i=0 ; i<arr.length; i++ ){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
        }
    }
    //显示队列的头部数据
    public int headQueue(){
        //判断
        if (isEmptry()){
            System.out.println("队列空，不能取数据~");
        }
        return arr[front+1];
    }
}

优化后 （环形队列实现）
思路如下：

1. front变量的含义做一下调整：front就执行队列的第一个元素，也就是说arr[front] 就是队列的第一个元素，front的初始值为0；
2. rear变量的含义做一下调整：rear就指向队列的最后一个元素的后一个位置，因为希望预留一个空间，rear的初始值为0；
3. 当队列满是，条件是（rear+1）%maxSize = front【满】；
4. 队列为空的条件 rear= front 空；
5. 队列中有效的数据的个数（rear+maxSize-front）%maxSize
   //rear = 1 front = 0

代码如下：

package com.demo02;

import java.util.Scanner;

/**
 * 模拟银行排队案例         环形队列优化后
 */
public class CircleArrayQueueDemo02 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("测试数组模拟环形队列");
        //创建一个数组对象
        CircleArray arrayQueue = new CircleArray(4); //设置是4，其队列的有效数据是3个
        char key = ' ';
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true ;
        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(git):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);
            switch (key){
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输入一个数字");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':     //取出数据
                    try {
                        int res = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.printf("去除的数据是%d\n",res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int res = arrayQueue.headQueue();
                        System.out.printf("队列的头数据是%d\n",res);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出！");

    }
}

class CircleArray{
    private int maxSize;  // 表示数组的最大容量

    //front变量的含义做一下调整：front就执行队列的第一个元素，也就是说arr[front] 就是队列的第一个元素，front的初始值为0
    private int front;
    //rear变量的含义做一下调整：rear就指向队列的最后一个元素的后一个位置，因为希望预留一个空间，rear的初始值为0；
    private int rear;
    private int arr[];    // 该队列是用来存放数据

    public CircleArray(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }

    //判断队列是否为空
    public boolean isEmptry(){
        return rear == front;
    }
    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n){

        //判断队列是否满
        if(isFull()){
            System.out.println("队列满，不能在添加数据~");
            return;
        }
        //直接将数据加入
        arr[rear] = n;

        //将rear后移，这里必须考虑取模
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    //获取队列的数据，出队列
    public int getQueue(){
        //判断队列是否空
        if (isEmptry()){
            //通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        /**
         * 这里需要分析出front是指向队列的第一个元素
         *      1.先把front对应的值保留到一个临时变量
         *      2.将front后移
         *      3.将临时保存的变量返回
         */
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        //遍历
        if (isEmptry()){
            System.out.println("队列空，不能取数据~");
        }
        // 思路：从front开始遍历，遍历多少个元素
        for (int i=0 ; i < front + size(); i++ ){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
        }
    }

    //求出当前队列的有效数据的个数
    public int size(){
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

    //显示队列的头部数据
    public int headQueue(){
        //判断
        if (isEmptry()){
            System.out.println("队列空，不能取数据~");
        }
        return arr[front];
    }
}