一.队列介绍
- 有序列表,可以用数组和链表实现。
- 先进先出。
二.数组模拟队列
1.队列是有序的,可以使用数组来模拟。MaxSize是数组的最大容量。
2.front和rear变量记录队列前后端的下标。front随着取出数据而变化,rear随着添加数据而变化。
3.当在队列中加入元素时:
判断队列是否满:
满的条件:rear == MaxSize - 1
rear下标后移
当队列为空时
为空满足条件:rear = = front;
rear++;
代码实现:
/**
* Project Name:leetcode
* File Name:ArrayQueue.java
* Package Name:queue
* Date:2020年2月3日上午8:49:31
* Copyright (c) 2020, [email protected] All Rights Reserved.
*
*/
package queue;
import java.util.Scanner;
/**
* ClassName:ArrayQueue <br/>
* Function: TODO ADD FUNCTION. <br/>
* Reason: TODO ADD REASON. <br/>
* Date: 2020年2月3日 上午8:49:31 <br/>
*
* @author yrz
* @version
* @see
*/
public class Queue {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个队列
ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
char key = ' '; // 接收用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);//
boolean loop = true;
// 输出一个菜单
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);// 接收一个字符
switch (key) {
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g': // 取出数据
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h': // 查看队列头的数据
try {
int res = queue.getQueueHead();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e': // 退出
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出~~");
}
}
//用数组实现队列
class ArrayQueue {
private int maxSize;// 队列最大容量
private int front;// 对头指针
private int rear;// 队尾指针
private int[] arr;
public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1;
rear = -1;
}
// 判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == rear;
}
// 判断队列是否已满
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
// 添加队列元素
public void addQueue(int data) {
if (isFull()) {
throw new RuntimeException("队列已满");
}
rear++;
arr[rear] = data;
}
// 获取队列所有元素
public void showQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空");
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
}
}
// 取出队列头部元素
public int getQueueHead() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空");
}
return arr[front + 1];
}
// 获取队列元素
public int getQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空");
}
front++;
return arr[front];
}
}
三.存在问题及优化
目前数组只能使用一次,不能够复用。
原因:在getQueue方法中每取一个元素,front后移一位,数组元素出一位,这个位置会一直空着。
优化:使用循环队列,要进行取模 %。
四.数组模拟循环队列
分析:
- front:指向队列第一个元素。
- rear:指向队列最后一个元素后一个位置。
- 队列满的条件:(rear + 1)%maxsize == front。
rear | maxsize | front | ||
1 | 5 | 0 | ||
4 | 5 | 0 | 0 | 满 |
7 | 5 | 3 | 0 | |
- 队列为空的条件:rear = = front。
- 队列中有效元素的个数:(rear+ maxsize-front)%maxsize。
rear | maxsize | front | maxsize | |
3 | 5 | 1 | 5 | 2=3-1 |
8 | 5 | 1 | 5 | 2=8-5-1 |
5 | 1 | 5 |
可以画图试试:取模对象是maxsize
具体代码:
/**
* Project Name:leetcode
* File Name:CircleArrayQueue.java
* Package Name:queue
* Date:2020年2月3日下午3:23:53
* Copyright (c) 2020, [email protected] All Rights Reserved.
*
*/
package queue;
import java.util.Scanner;
/**
* ClassName:CircleArrayQueue <br/>
* Function: TODO ADD FUNCTION. <br/>
* Reason: TODO ADD REASON. <br/>
* Date: 2020年2月3日 下午3:23:53 <br/>
*
* @author yrz
* @version
* @see
*/
public class CircleArrayQueue {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个队列
CircleQueue queue = new CircleQueue(4);
char key = ' '; // 接收用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);//
boolean loop = true;
// 输出一个菜单
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);// 接收一个字符
switch (key) {
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g': // 取出数据
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h': // 查看队列头的数据
try {
int res = queue.getQueueHead();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e': // 退出
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出~~");
}
}
//数组实现环形队列
class CircleQueue {
private int maxSize;// 队列最大容量
private int front;// 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,初始值为0
private int[] arr;
public CircleQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
}
// 判断环形队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == rear;
}
// 判断环形队列是否已满
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
// 添加环形队列元素
public void addQueue(int data) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列已满");
return;
}
// 先添加元素
arr[rear] = data;
// 再往后移一位
// rear++;
// 这里指针要取模
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
// 获取环形队列所有元素
public void showQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空");
return;
}
// for (int i = front; i < size() + 1; i++) {
// System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
// }
// for (int i = front; i < size() + front; i++) {
// System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
// }
for (int i = front; i < size() + front; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
// 获取环形队列有效元素个数
public int size() {
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
// 取出队列头部元素
public int getQueueHead() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空");
}
return arr[front];
}
// 获取队列元素
public int getQueue() {
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列为空");
}
// 用临时变量value记录front位置元素值
int value = arr[front];
// front 后移
// front++;
// front 后移取模
front = (front + 1) % maxSize;
// 返回value
return value;
}
}
运行结果:
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
s
队列为空
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
a
输出一个数
10
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
s
arr[0]=10
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
a
输出一个数
20
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
s
arr[0]=10
arr[1]=20
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
a
输出一个数
30
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
s
arr[0]=10
arr[1]=20
arr[2]=30
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
a
输出一个数
40
队列已满
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
s
arr[0]=10
arr[1]=20
arr[2]=30
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
g
取出的数据是10
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
s
arr[1]=20
arr[2]=30
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
a
输出一个数
50
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
s
arr[1]=20
arr[2]=30
arr[3]=50
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
h
队列头的数据是20
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据
s
arr[1]=20
arr[2]=30
arr[3]=50
s(show): 显示队列
e(exit): 退出程序
a(add): 添加数据到队列
g(get): 从队列取出数据
h(head): 查看队列头的数据