队列·数据结构的江湖修行手札4【数据结构学习笔记】

原创已于 2025-05-16 00:05:28 修改 · 524 阅读

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于 2025-05-16 00:04:48 首次发布

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数据结构

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（场景：我蹲在村口王大娘的包子铺前，看着侠客们排成长龙，突然被一道灵光砸中天灵盖……）

江湖观察日记：
王大娘的包子摊前，侠客们老老实实排成一列。新来的少林小和尚只能站队尾，而队首的唐门师姐买完包子便轻功离去——这不就是传说中的队列（Queue）吗！

队列核心心法：

先进先出（FIFO）：先来的侠客先吃包子，后来的闻香流口水。
队首（Front）：买包子的人所在位置（如唐门师姐的站位）。
队尾（Rear）：新来侠客的站位（如少林小和尚的棍子尖）。

江湖比喻：

enqueue()（入队） = 侠客加入队列（如“丐帮弟子扛着打狗棒入列”）。
dequeue()（出队） = 侠客买完包子离开（如“唐门师姐甩出暗器付钱，闪人！”）。
peek()（查看队首） = 探头看“谁在队伍最前面”（如“小二吆喝：下一位！”）。

【第一式·四派武学·代码实战大乱斗】

（背景：我抄起四本秘籍，决定用不同门派的武功实现队列，结果……）

1. Java派·链表为剑，柔中带刚

Java的LinkedList是队列的天然载体，宛如峨眉派的软剑，灵活多变：

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

Queue<String> queue = new LinkedList<>();
queue.offer("少林弟子"); // enqueue：持棍入列（offer()如“礼貌询问能否插队”）
String front = queue.peek(); // 查看队首：谁先挨打？
String dequeued = queue.poll(); // dequeue：唐门师姐买完包子闪人（poll()如“悄悄溜走”）

Java暗语解析：

offer() vs add()：前者如“小二问：客官能挤一挤吗？”（队列满时返回false），后者如“直接掀桌子抢位！”（队列满时抛异常）。
poll() vs remove()：前者如“师姐轻功离去”（队列空时返回null），后者如“被掌门一掌拍出山门”（队列空时抛异常）。

2. TypeScript派·数组为盾，以静制动

TypeScript用数组模拟队列，恰似武当派的太极阵，以柔克刚：

let queue: string[] = [];
queue.push("丐帮长老"); // enqueue：打狗棒法入阵（push()如“长老稳稳站定”）
let front = queue[0]; // 查看队首：谁在阵眼？（直接取索引0）
let dequeued = queue.shift(); // dequeue：长老领完救济粮离去（shift()如“整体后撤一步”）

性能陷阱：

TypeScript的shift()时间复杂度为O(n)，因需移动所有元素，宛如“太极阵整体后移，累得满头大汗”。
Java的LinkedList的poll()为O(1)，因直接操作链表节点，宛如“峨眉弟子瞬移出阵，飘逸如风”。

优化方案：

改用deque（双端队列）如“逍遥派凌波微步”，可左右腾挪：

import { Deque } from 'collections/deque';
const queue = new Deque<string>();
queue.addBack("五毒教弟子"); // 入队：毒蛇入篓
queue.removeFront(); // 出队：弟子施毒后撤退

3. C++派·STL宝刀，一刀入魂

C++的queue容器如藏剑山庄的玄铁重剑，一刀定乾坤：

#include <queue>
std::queue<std::string> q;
q.push("明教护法"); // enqueue：圣火令入鞘（push()如“护法霸气占位”）
q.front(); // 查看队首：谁敢直视圣火？（直接访问`front()`）
q.pop(); // dequeue：护法完成任务遁入黑暗（pop()如“圣火令瞬间消失”）

C++特性：

底层默认用deque实现，兼顾速度与灵活性，宛如“玄铁重剑可劈可刺”。
需手动管理内存，否则可能“走火入魔”（内存泄漏）。

4. Python派·双端队列，奇技百出

Python的deque如逍遥派的凌波微步，可左右腾挪：

from collections import deque
q = deque()
q.append("五毒教弟子") # enqueue：毒蛇入篓（append()如“弟子悄悄潜入队尾”）
q.popleft() # dequeue：弟子施毒后撤退（popleft()如“轻功跃出队列”）

Python哲学：

deque在头部和尾部操作均为O(1)，宛如“逍遥派弟子来去如风”。
对比Java的ArrayDeque：两者皆为双端队列，但Python的语法更简洁（如“一阳指”VS“六脉神剑”）。

【第二式·循环队列·轻功水上漂的奥秘】

（背景：某日我目睹唐门师姐用暗器在池塘上连点，恍然大悟循环队列的奥义……）

痛点：
普通队列如“直线排队”，队尾到头后空间浪费，需“全体后撤一步”——这显然不够高效。

循环队列解法：
用固定大小数组模拟环形，如“唐门轻功水上漂”，头尾相连：

// Java循环队列示例（手写版）
class CircularQueue {
    private String[] data;
    private int head = 0, tail = 0, size = 0;

    public CircularQueue(int capacity) {
        data = new String[capacity];
    }

    public boolean enqueue(String item) {
        if (isFull()) return false;
        data[tail] = item;
        tail = (tail + 1) % data.length; // 关键：取模实现循环（如“暗器落点绕圈”）
        size++;
        return true;
    }

    public String dequeue() {
        if (isEmpty()) return null;
        String item = data[head];
        head = (head + 1) % data.length; // 头指针后移（如“暗器起点绕圈”）
        size--;
        return item;
    }
}

江湖比喻：