数据结构--队列

最新推荐文章于 2025-03-23 11:43:35 发布

森屿Serien

最新推荐文章于 2025-03-23 11:43:35 发布

阅读量1.2k

点赞数 37

分类专栏：数据结构文章标签：数据结构队列

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_62008675/article/details/142359655

版权

数据结构专栏收录该内容

5 篇文章

订阅专栏

文章目录

队列

队列

1.基本概念

队列（Queue）是只允许在一端进行插入，而在另一端进行删除的运算受限的线性表。
队列是逻辑结构，其物理结构可以是数组，也可以是链表。
队列的修改原则：队列的修改是依先进先出（FIFO）的原则进行的。新来的成员总是加入队尾（即不允许"加塞"），每次离开的成员总是队列头上的（不允许中途离队），即当前"最老的"成员离队。

常见的队列：

ArrayList：ArrayList可以被用作队列，通过在列表末尾添加元素，并使用remove(0)方法从列表的开头删除元素。但是，由于在列表的开头删除元素会导致后续元素的移动，因此对于大量的插入和删除操作来说，ArrayList的性能可能不是最佳选择。
LinkedList：LinkedList也可以用作队列。LinkedList实现了Queue接口，可以使用offer()方法在队列的末尾添加元素，使用poll()方法从队列的开头删除并返回元素。LinkedList对于插入和删除操作具有较好的性能，因为它使用了指针来链接元素，而不需要移动其他元素。
ArrayBlockingQueue：ArrayBlockingQueue是一个有界阻塞队列，底层使用数组实现。它有一个固定的容量，并且在插入或删除元素时可能会阻塞线程，直到满足特定的条件。
LinkedBlockingQueue：LinkedBlockingQueue是一个可选有界或无界的阻塞队列，底层使用链表实现。它具有类似于ArrayBlockingQueue的功能，但在内部实现上略有不同。
PriorityBlockingQueue：PriorityBlockingQueue是一个支持优先级的无界阻塞队列。元素按照它们的优先级顺序被插入和删除。
ConcurrentLinkedQueue：ConcurrentLinkedQueue是一个非阻塞无界队列，它适用于多线程环境。它使用链表实现，并且提供了高效的并发操作。

2.队列分类

按照实现方式：
（1）单向队列（Queue）:只能在一端插入数据，在另一端删除数据。
（2）双向队列（Deque）:每一端都可以进行插入数据和删除数据操作。
（3）优先级队列：优先级队列是比栈和队列更专用的数据结构，在优先级队列中，数据项按照关键字进行排序，关键字最小（或者最大）的数据项往往在队列的最前面，而数据项在插入的时候都会插入到合适的位置以确保队列的有序。

按照存储方式：
队列与栈一样是一种线性结构，因此以常见的线性表如数组、链表作为底层的数据结构，以数组、链表为底层数据结构构建队列。

（1）基于数组的顺序存储方式

在这里插入图片描述

缺点：通过出队列操作将数据弹出队列后，font指针之前的的空间就不能再次得到了，这样导致了大量的空间丢失。

为了解决上述问题，将普通数组换成循环数组，在循环数组中，末尾元素的下一个元素不是数组外，而是数组的头元素。这样就能够再次使用front之前的存储空间了。

在这里插入图片描述

(2)基于链表的链式存储方式

在这里插入图片描述

说明：队首指针指向队首元素的前一个结点，即始终指向链表空的头结点，队尾指针指向队列当前队尾元素所在的结点。当队列为空时，队首指针与队尾指针均指向空的头结点

3.队列（Queue）方法

Queue是java中实现队列的接口，它总共只有6个方法，我们一般只用其中3个就可以了。Queue的实现类有LinkedList和PriorityQueue。最常用的实现类是LinkedList，因为LinkedList进行插入、删除操作效率较高。

队列的语法结构：

Queue<String>  queue = new LinkedList<String>(); 
//将元素添加到队列末尾，若添加成功则返回true，该操作主要是给容量受限的队列设计的。
queue.offer();
// 从队首删除并返回该元素
queue.poll(); 
//返回队首元素，但是不删除 
queue.peek();

双向队列(Deque),是Queue的一个子接口，双向队列是指该队列两端的元素既能入队 (offer) 也能出队 (poll), 如果将Deque限制为只能从一端入队和出队，则可实现栈的数据结构，对于栈而言，有入栈(push)和出栈(pop)，遵循先进后出原则。

Deque<String> deque  =  new LinkedList<String>();

ArrayDeque是一种基于数组的双端队列实现，它同样实现了Queue接口，并且在尾部添加和移除元素的操作具有较低的时间复杂度。

Queue<Integer> queue = new ArrayDeque<>();
queue.offer(1); // 入队
queue.offer(2);
int element = queue.poll(); // 出队
System.out.println(element); // 输出：1

PriorityQueue是一个基于优先级堆的无界优先级队列实现，它可以确保每次出队的元素都是队列中优先级最高的元素。需要注意的是，PriorityQueue会根据元素的自然顺序或者比较器来决定出队顺序。

Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();
queue.offer(5); // 入队
queue.offer(3);
int element = queue.poll(); // 出队
System.out.println(element); // 输出：3