队列、环形队列-Java数据结构和算法

于 2021-03-07 01:04:44 发布
阅读量619 收藏
点赞数
分类专栏： Java数据结构和算法学习 文章标签： 队列 数据结构 java 环形队列
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_31747473/article/details/114463489
版权
Java队列的数组实现

文章目录

前言

       生活中很多情况都是先来后到, 最直接的就是银行的业务了吧, 先来的先处理, 队列可以看成是顺序的结构, 我们排队来一个新人是排在这一队的尾部, 每次处理头部的一个人, 队列可以用数组 和链表来实现

一、队列介绍

      队列本身是有序的列表, 若使用数组的结构来存储队列的数据, 则队列数组中的声明如下面所示( 我们用maxSize来代表队列最大容量):
      因为队列的输入、输出分别从前后端来进行处理的。所以需要两个变量（相当于指针的作用）分别来记录队列的 队首 和 队尾 的下标。显然，front会随数据的输出发生变化（在头部出队列：排队的时候在前面的先走）；rear是在数据输入的时候发生变化（新的人过来，排在队尾），具体如下图所示（将两个指针都初始化为-1）：

在这里插入图片描述

二、数组模拟队列

1.编写 队列 的类

代码如下：

class ArrayQueue{
	private int maxSize;//队列容量
	private int front;  //队列头
	private int rear;	//队列尾
	private int[] arr;	//存放数据，模拟队列
//构造器：
	public ArrayQueue(int maxSize){
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1; //指向对象头部,指向队列头的前一个位置
        rear = -1;  //指向队列的尾部,指向队列尾部具体的数据(就是队列最后一个数据)
    }
}

2.判断队列是否满

当rear指针等于maxSize - 1的时候就满了，代码如下：

//判断队列是否满
public boolean isFull(){
	return rear == maxSize - 1;//上面已经提到
}

3.判断队列是否空

当rear指针等于front即为空（和排队时候对比即可），代码如下：

//判断队列是否为空
public boolean isEmpty(){
	return rear == front;
}

4.入队列

当我们将数据存入队列的时候，定义方法"addQueue()",处理分为两个步骤即可：
	1.调用isFull()方法判断队列是否满；
	2.若队列没有满，可以添加数据：
		2.1 尾指针rear后移：即rear = rear + 1；（指针指向空位置给新人）
	    2.2 将数据存入rear所指的数组位置中即可，
	  否则，不能加入数据（提醒用户），返回即可

代码如下：

//    添加数据
public void addData(int data){
    if(isFull()){
        System.out.println("队列满,加入数据失败...");
        return;
    }
    rear++;//排队有人过来了，队尾指针后移（到空位置）
    arr[rear] = data;//
}

5.出队列

当我们出队列的时候，处理分为以下两个步骤即可：
	1.调用isEmpty()方法判断队列是否空；
	2.若队列不为空，可以出队列（还有人在排队）：
		2.2 将头指针front后移（指向的第一个顾客前一个位置），找到第一个顾客
		2.3 将arr[front]出列即可（对顾客进行服务）
	  否则，不能出队列（这里我们采用抛出异常的方法（也可打印提示））
	抛出自定义的运行时异常，不用再进行return;(基础知识点，需要注意下)

代码如下：

public int getData(){
   if(isEmpty()){
        throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据");
    }
    front++;//front后移
    return arr[front];
}

6.遍历队列

当我们遍历队列的时候，分为以下步骤：
	1.调用isEmpty()方法判断队列是否空；
	2.若队列不为空，用 foreach 遍历即可：
	  否则，提示队列为空即可；

代码如下：

public void showData(){
    //遍历
    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("a[%d] = %d\n" , i , arr[i]);
    }
}

三、数组模拟环形队列

       对上面的数组进行优化，充分利用数组：将其看作一个环形的(我们在此通过取模的方式完成) ：

1.调整思路如下：

1.front变量的含义做一个改变：front就是指向队列第一个元素。
	也就是说，现在arr[front]就是队列的第一个元素；front的初始值 = 0；
2.rear变量的含义做出调整：rear就是指向的队列的元素的后一个位置。
	因为希望空出一个空间来做一个约定（可以不预留）。rear初始值 = 0；
3.当队列满的时候，条件是（rear + 1）% maxSize == front
4.队列为空的时候，rear == front
5.队列中有效的数据个数为：(rear + maxSize - front) % maxSize

2. CircleArray的实现：

class CircleArray{
    private int maxSize;    //表示数组最大容量
    private int front;      //队列首部
    private int rear;       //队列尾部
    private int[] arr;      //该数组用于存放数据,模拟队列

    //    创建队列的构造器
    public CircleArray (int maxSize){
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = 0;//初始化为0
        rear = 0;//初始化为0
    }
}

3.添加数据（入队列）

public void addData(int data){
    if(isFull()){
        System.out.println("队列满,不能加入数据");
        return;
    }
    arr[rear] = data;
    //后移数据
    rear = (rear + 1) % maxSize;
}

4.获取数据（出队列）

public int getData(){
    if(isEmpty()){
        throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据");
    }
    //这里考虑front指向的队列第一个元素
    //1.先把front对应的值保存到一个临时变量
    //2.将front后移,考虑取模
    //3.将临时变量的值返回
    int value = arr[front];
    front = (front + 1) % maxSize;
    return value;
}

5.得到有效数据个数🔺

public int size(){
    return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}

6.队列是否为空

public boolean isEmpty(){
    return rear == front;
}

7.队列是否满

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

8.遍历环形队列

//    显示队列的所有数据
public void showData(){
    //遍历
    if(isEmpty()){
        System.out.println("队列为空,没有数据");
        return;
    }
    for(int i = front ; i < front + size() ; i++){
    //这里需要注意一下：
        System.out.printf("a[%d] = %d\n" , i % maxSize , arr[i % maxSize]);
    }
}

四、总结

1. 对于普通的队列：front指向的是第一个元素的前一个位置；
2. 对于普通的队列：rear指向的是最后一个数据本身位置；
3. 对于环形队列：reae指向最后一个数据的后一个位置；
4. 对于环形队列：front指向的就是第一个数据的位置；
5. 对于环形队列(front 和 rear初始为0)：
       需要注意的是关于队列中元素个数的计算方式；

测试代码

public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';//接收用户输入;
        Scanner s = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        while(loop){
            System.out.println("s(show):显示队列");
            System.out.println("e(exit):结束程序");
            System.out.println("a(add):添加队列");
            System.out.println("g(get):队列中取数据");
            System.out.println("h(head):查看队列头部数据");
            key = s.next().charAt(0);
            switch (key){
                case 's':
                    queue.showData();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入添加的数字:");
                    int data = s.nextInt();
                    queue.addData(data);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.getData();
                        System.out.println("去除的数据是:" + res);
                    }catch(Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int head = queue.headData();
                        System.out.println("队列头的数据是" + head);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                default:
                    System.out.println("操作不存在,请重新输入:");
                    break;
            }
        }
    }
}


class ArrayQueue{
    private int maxSize;    //表示数组最大容量
    private int front;      //队列首部
    private int rear;       //队列尾部
    private int[] arr;      //该数组用于存放数据,模拟队列

//    创建队列的构造器
    public ArrayQueue(int maxSize){
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1; //指向对象头部,指向队列头的前一个位置
        rear = -1;  //指向队列的尾部,指向队列尾部具体的数据(就是队列最后一个数据)
    }
//    判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize - 1;
    }
//    判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }
//    添加数据
    public void addData(int data){
        if(isFull()){
            System.out.println("队列满,不能加入数据");
        }
        rear++;
        arr[rear] = data;
    }
//    获取数据
    public int getData(){
//        判断是否为空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }
//    显示队列的所有数据
    public void showData(){
        //遍历
        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("a[%d] = %d\n" , i , arr[i]);
        }
    }
//    显示头部数据
    public int headData(){
//        判断
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空,没有数据...");
        }
        return arr[front + 1];
    }

}
评论 2
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值