队列
- 队列介绍
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,后存入的数据后取出
- 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则是随着数据的输入而改变。
示意图:
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:思路分析
1)将尾指针往后移:rear+1 ,当 front = rear [队列是空的]
2)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 ]
代码
package com.Queue; import java.util.Scanner; public class ArrayQueueDemo { public static void main(String[] args) { //测试 //创建一个队列 ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3); char key = ' '; //接受用户输入 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(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); //接受一个字符 switch(key) { case 's': queue.showQueue(); break; case 'a': System.out.println("输入一个数字"); int value = scanner.nextInt(); queue.addQueue(value); break; case 'g': try { int res = queue.getQueue(); System.out.printf("取出数据是%d\n",res); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'h': try { int res = queue.showHeadQueueData(); System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); // TODO: handle exception } 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---编写一个ArrayQueue类 class ArrayQueue{ private int maxSize; //表示数组的最大容量 private int front; //指向队列头 private int rear; //指向队列尾 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 arrMaxSize) { maxSize = arrMaxSize; arr = new int[maxSize]; front = -1; //指向的是队列头部的前一个位置 rear = -1; //指向队列尾,指向队列尾的数据 } //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; } //添加数据到队列 public void addQueue(int n) { //先判断队列是否满 if(isFull()) { System.out.println("队列满,不能加入数据"); return; } rear++; //rear后移 arr[rear] = n; } //获取队列数据,数据出队列 public int getQueue() { //队列是否空 if(isEmpty()) { //通过抛出异常来处理 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(isEmpty()) { System.out.println("队列空的,没有数据"); return; } for(int i = 0; i < arr.length; i++) { System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]); } } //显示队列的头数据,不是取出数据 public int showHeadQueueData() { if(isEmpty()) { throw new RuntimeException("队列空,无数据"); } return arr[front + 1]; } }
问题分析并优化:
1)目前数组使用一次就不能用了,没有达到复用的的效果
2)将这个数组使用算法,改进成一个环形的队列 (取模的方式)
思路分析:
1)front 变量的含义做一个调整:front改为指向队列的第一个元素,也就是说arr[front]就是队列的第一个元素
front的初始值=0,rear的初始值=0
2)rear 变量的含义做一个调整:rear指向队列的最后一个元素的后一个位置,因为希望空出一个空间作为约定
3)当队列满时,条件是 (rear+1)%maxSize=front [满]
4)当队列为空的条件 , rear=front [空]
5)这样分析后,队列中有效的数据的个数:(rear+maxSize-front)%maxSize
比如rear=1 ,front=0 , maxSize=3 ,所以有效个数为1个
6) 在原来的数组上进行修改,成为一个环形队列
代码:
package com.Queue; import java.util.Scanner; public class CircleArrayQueue { public static void main(String[] args) { CircleArray queue = new CircleArray(4); //说明设置4,其队列有效数据最大是3,因为空出一个作为约定 char key = ' '; //接受用户输入 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(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); //接受一个字符 switch(key) { case 's': queue.showQueue(); break; case 'a': System.out.println("输入一个数字"); int value = scanner.nextInt(); queue.addQueue(value); break; case 'g': try { int res = queue.getQueue(); System.out.printf("取出数据是%d\n",res); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'h': try { int res = queue.showHeadQueueData(); System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); // TODO: handle exception } 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 CircleArray{ private int maxSize; //表示数组的最大容量 private int front; //指向队列头 指向队列的第一个元素 初始值为0 private int rear; //指向队列最后一个元素的后一个位置,因为希望空出一个位置作为约定,初始值0 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 arrMaxSize) { maxSize = arrMaxSize; arr = new int[maxSize]; front = 0; rear = 0; } //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 isEmpty() { return rear == front; } //添加数据到队列 public void addQueue(int n) { //先判断队列是否满 if(isFull()) { System.out.println("队列满,不能加入数据"); return; } arr[rear] = n; //将rear后移,考虑取模 rear = (rear+1)%maxSize; } //获取队列数据,数据出队列 public int getQueue() { //队列是否空 if(isEmpty()) { //通过抛出异常来处理 throw new RuntimeException("队列空,不能取数据"); } //分析出front是指向队列的第一个元素 int val = arr[front]; front = (front+1)%maxSize; return val; } //显示队列的所有数据 public void showQueue() { //遍历 if(isEmpty()) { System.out.println("队列空的,没有数据"); return; } //思路:从front开始遍历,遍历多少个元素 for(int i = front; i < front+getSize(); i++) { System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i%maxSize, arr[i%maxSize]); } } //求出当前队列有效数据的个数 public int getSize() { return (rear+maxSize-front)%maxSize; } //显示队列的头数据,不是取出数据 public int showHeadQueueData() { if(isEmpty()) { throw new RuntimeException("队列空,无数据"); } return arr[front]; } }