线性结构-队列
使用场景:银行排队
队列介绍
- 队列是一个有序列表,可以使用数组或者链表来实现
- 遵循先入先出原则
队列的实现方式
数组模拟队列
- 队列本身是有序列表,若用数组实现,则假设最大值为maxSize
- 分别设置 rear 与 front 记录队列的 尾部与头部
- front(头)随着数据输出而变化
- rear(尾)随着数据输入而变化
入队(addQueue)
- 将尾指针(rear)后移一位,rear+1,即 当 front == rear时,队列为空
- 若尾指针(rear)小于队列的最大下标 maxSize - 1,则将数据存入到rear所指的数组元素中,否则无法存入数据。 即 当 rear = maxSize - 1时,队列为满
代码实现
package cn.imut.array;
public class ArrayQueue {
private int maxSize; //表示数组最大容量
private int front; //执向队列头
private int rear; //指向队列尾
private int[] arr; //模拟队列
//创建队列构造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1; //指向队列头部(不包含),前一个位置
rear = -1; //指向队列尾部,具体位置
}
//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 addQueue(int n) {
//判断队列是否满
if(isFull()){
System.out.println("队列满,不能加入");
return;
}
rear++;
arr[rear] = n;
}
//数据出队列
public int getQueue(){
//判断队列是否空
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空");
}
front++; //front后移
return arr[front];
}
//显示队列所有数据
public void showQueue() {
//遍历
if(isEmpty()){
System.out.println("队列空");
return;
}
for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
}
}
//显示队列的头数据是多少
public int headQueue() {
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空");
}
return arr[front + 1];
}
}
测试
package cn.imut.array;
import jdk.internal.org.objectweb.asm.tree.TryCatchBlockNode;
import sun.misc.Cache;
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
char key = ' '; //接收用户输入
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):推出");
System.out.println("a(add):添加元素到队列");
System.out.println("g(get):取出数据");
System.out.println("h(head):显示头数据");
key = sc.next().charAt(0); //接收一个字符
switch (key){
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输入数:");
int value = sc.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try{
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
}catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int res = arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
sc.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出!");
}
}
优化
数组模拟环形队列(取模)
- front指向队列第一个元素(元素本身)(出队,front+1)
- rear指向队列最后一个元素的后一个位置,因为空出一个空间作为约定(入队,rear=(rear + 1)% maxSize)
- 当队列满时,条件是 (rear + 1) % maxSize = front[满]
- 当队列为空时,rear == front
- front初始值为0 rear也为0
- 队列中的有效个数为(rear + maxSize - front) % maxSize
- 最大容量为maxSize - 1
代码实现
package cn.imut.array;
//环形队列
public class CircleArrayQueue {
private int maxSize; //表示数组最大容量
private int front; //执向队列头
private int rear; //指向队列尾
private int[] arr; //模拟队列
//创建队列构造器
public CircleArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
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 n) {
//判断队列是否满
if(isFull()){
System.out.println("队列满,不能加入");
return;
}
arr[rear] = n;
//将rear后移,必须考虑取模
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
//数据出队列
public int getQueue(){
//判断队列是否空
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空");
}
//需要先分析出front是指向队列的第一个元素
//1.先把front对应的值保留到一个临时变量
//2.将front后移(考虑取模)
//3.将临时保存的变量返回
int value = arr[front];
front = (front + 1) % maxSize; //front后移
return value;
}
//显示队列所有数据
public void showQueue() {
//遍历
if(isEmpty()){
System.out.println("队列空");
return;
}
//思路:从front开始遍历
for(int i = front; i < front + size() % maxSize; i++) {
System.out.printf("arr[%d] = %d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
//求当前队列有效数据的个数
public int size() {
//rear = 2 front = 1 maxSize = 3
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
//显示队列的头数据是多少
public int headQueue() {
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空");
}
return arr[front];
}
}
测试
package cn.imut.array;
import jdk.internal.org.objectweb.asm.tree.TryCatchBlockNode;
import sun.misc.Cache;
import java.util.Scanner;
public class CircleArrayQueueTest {
public static void main(String[] args) {
CircleArrayQueue arrayQueue = new CircleArrayQueue(4); //最大容量为3
char key = ' '; //接收用户输入
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):推出");
System.out.println("a(add):添加元素到队列");
System.out.println("g(get):取出数据");
System.out.println("h(head):显示头数据");
key = sc.next().charAt(0); //接收一个字符
switch (key){
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输入数:");
int value = sc.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try{
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
}catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int res = arrayQueue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
sc.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出!");
}
}