数据结构与算法—队列

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队列

队列介绍

有序列表，可以用数组或者链表实现。遵循先进先出原则。

数组实现队列

public class ArrayQueue {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        // 接收用户输入
        char key =' ';
        Scanner sc = 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): 添加数据进队列");
            System.out.println("g(get): 从队列取出数据");
            System.out.println("h(head): 队列头数据");
            // 返回输入的第一个字符
            key = sc.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;

                case 'a':
                    System.out.println("输出一个数：");
                    queue.addQueue(sc.nextInt());
                    break;

                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是：%d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.printf(e.getMessage());
                    }
                    break;

                case 'h':
                    try {
                        int res = queue.head();
                        System.out.printf("头数据是：%d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.printf(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    sc.close();
                    loop = false;
                    break;

                default:
                    break;
            }

            System.out.println("程序退出~~");
        }
    }

    // 数组的最大容量
    private int maxSize;
    // 队头
    private int front;
    // 队尾
    private int rear;
    // 存放数据的数组
    private int[] arr;

    // 初始化队列
    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        this.arr = new int[this.maxSize];
        // 让front 指向队列头的前一个位置（队列头数据的前一个位置）
        this.front = -1;
        // 让rear 指向队尾的数据（队列的最后一个数据）
        this.rear = -1;
    }

    // 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;
    }

    public void addQueue(int data) {
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列满，不能加数据~");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear] = data;
    }

    public int getQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空，无法取出数据~");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }

    public void showQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空，没有数据~");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
        }
    }

    public int head() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空，没有头数据~");
        }

        return arr[front + 1];

    }
}

通过该方法测试

添加了：10,20,30 show：arr[0]=10,arr[1]=20,arr[2]=30

取出10后，头数据是20。这时候show一下，可以看到队列为：arr[0]=10,arr[1]=20,arr[2]=30

也就是我们通过g获取到了数据，看到队列数据还是一样。

为了可以重新使用已经出队的数据所占用的空间，考虑使用环形队列。

数组环形队列

public class CircleArrayQueue {

    public static void main(String[] args) {
        CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(3);
        // 接收用户输入
        char key =' ';
        Scanner sc = 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): 添加数据进队列");
            System.out.println("g(get): 从队列取出数据");
            System.out.println("h(head): 队列头数据");
            // 返回输入的第一个字符
            key = sc.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;

                case 'a':
                    System.out.println("输出一个数：");
                    queue.addQueue(sc.nextInt());
                    break;

                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是：%d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.printf(e.getMessage());
                    }
                    break;

                case 'h':
                    try {
                        int res = queue.head();
                        System.out.printf("头数据是：%d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.printf(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    sc.close();
                    loop = false;
                    break;

                default:
                    break;
            }

            System.out.println("程序退出~~");
        }
    }

    // 数组的最大容量
    private int maxSize;
    // 让front 指向队列的第一个元素
    // front = 0;
    // 让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
    // rear = 0;
    private int front;
    private int rear;
    // 存放数据的数组
    private int[] arr;

    // 初始化队列
    public CircleArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        this.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 isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    // 添加数据
    public void addQueue(int data) {
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列满，不能加数据~");
            return;
        }
        arr[rear] = data;
        // rear 后移，因为是环形，考虑取模
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    public int getQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空，无法取出数据~");
        }
        // 因为front 是队列第一个元素，也会后移，考虑取模，以免越界
        // 1.先保存front 指向的值到value
        int value = arr[front];
        // 2.front 后移，并返回value
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }

    public void showQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空，没有数据~");
            return;
        }
        // 因为是环形队列，需要考虑从front 开始遍历，遍历队列的有效数据个数
        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }

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

    public int head() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空，没有头数据~");
        }

        return arr[front];

    }
}

测试： 添加数据10,20,30，show一下，添加40提示队列满

取出arr[0] 后，show一下，可以看到队列还剩两个数据

这时，又可以在arr[0] 的位置插入新数据。

这样，就可以利用好了数组空间。

最近学习的数据结构与算法主要都是根据尚硅谷的学习： https://www.bilibili.com/video/BV1E4411H73v/?p=18&vd_source=8e23c01ff3b88e176530ca2e0f4f18fe

可以看看我的个人博客： 网站：https://www.fuzm.wang / https://liwangc.gitee.io ————————————————————————— 作为初学者，很多知识都没有掌握，见谅，如有错误请指出，以期进步，感谢！。后续有新的学习，继续补充上来。