隊列--數組實現

　　可以仿照利用數組實現棧的過程，使用數組實現隊列。以front指向隊首元素，值始終為數組首元素a[0]。出隊時，front保持不變，刪除隊首元素，其余元素依次向前移動，時間復雜度是O(n)。入隊時，根據隊列大小將元素存儲到相應位置。上述實現因為不斷移動元素，效率太低。因此以下使用環形數組的形式來構造隊列。定義兩個變量：

front:指向隊首元素。

rear:指向隊尾元素的下一個位置。
另外設環形數組大小為len。初始狀態下，front=rear=0。入隊時，在rear指向的位置存儲元素，然后令rear=(rear+1)%len。出隊時，刪除front指向的元素，然后令front=(front+1)%len。最后，front=rear既是隊滿的判斷條件又是隊空的判斷條件，不過可以完美解決。在入隊方法enqueue中，size==CAPACITY，那么就是隊滿了。在出隊方法中，如果size==0，那么即使隊空了。不過這種方法會導致原有隊首元素被覆蓋(覆蓋原隊首元素不符合隊列的設計初衷)，可以通過禁止隊列規模超過CAPACITY-1的方法來解決此問題。這樣，只有隊空的時候才有front=rear。使用這種方法利用環形隊列實現了”燙手山芋“游戲。燙手山芋游戲規則：一群小孩圍成一圈，在他們之間傳遞山芋。其中，一個小孩負責數數，每數一次，就把山芋轉交給左邊的鄰居，從1開始數起，數到k時拿着山芋的孩子出列，然后重新從1開始說，從”淘汰“孩子的鄰居開始重新傳遞山芋。實現代碼如下：

　　首先給出Queue接口的代碼：

/**
 * Created by hfz on 2016/8/2.
 */
public interface Queue {
    void enqueue(Object obj);//入隊
    Object dequeue();//出隊並返回對首元素
    int getSize();//隊列元素個數
    boolean isEmpty();//判斷隊列是否為空
    Object front();//返回對首元素
}

　　然后是實現代碼：

import java.util.Objects;
import java.util.Random;

/**
 * Created by hfz on 2016/8/2.
 */
/*
可以仿照利用數組實現棧的過程，使用數組實現隊列。以front指向隊首元素，值始終為數組首元素a[0]。
出隊時，front保持不變，刪除隊首元素，其余元素依次向前移動，時間復雜度是O(n)。
入隊時，根據隊列大小將元素存儲到相應位置。

上述實現因為不斷移動元素，效率太低。因此以下使用環形數組的形式來構造隊列。
定義兩個變量：
front:指向隊首元素。
rear:指向隊尾元素的下一個位置。
另外設環形數組大小為len
初始狀態下，front=rear=0。入隊時，在rear指向的位置存儲元素，然后令rear=(rear+1)%len。
出隊時，刪除front指向的元素，然后令front=(front+1)%len。
最后，front=rear既是隊滿的判斷條件又是隊空的判斷條件，不過可以完美解決。在入隊方法enqueue中，
size==CAPACITY，那么就是隊滿了。在出隊方法中，如果size==0，那么即使隊空了。不過這種方法會導致原有隊首元素被覆蓋(覆蓋原隊首元素
不符合隊列的設計初衷)，可以通過禁止隊列規模超過CAPACITY-1的方法來解決此問題。這樣，只有隊空的時候才有front=rear。
各種方法時間復雜度均是O(1)
 */

public class Queue_Array implements Queue {
    private static int CAPACITY=40;
    private int capacity=0;
    private Object[] S;
    private int front=0;
    private int rear=0;

    public Queue_Array(int capacity){
        this.capacity=capacity;
        S=new Object[capacity];
    }
    public Queue_Array(){
        this(CAPACITY);
    }
    public void enqueue(Object obj){
        if(getSize()==CAPACITY-1){//隊滿
            throw new ExceptionQueueFull("隊滿，不能入隊");
        }
        else{//隊未滿,入隊
            try {

                S[rear] = obj;
                //front=(front+1)%CAPACITY;//隊首指針加1，再對數組長度取模。
                rear = (rear + 1) % CAPACITY;//隊尾指針加1，再對數組長度取模。
            }
            catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex){
                System.out.println();
            }
        }

    }
    public Object dequeue(){
        if(rear==front){
            throw new ExceptionQueueEmpty("隊空，不能出隊");
        }
        else{
            Object obj=S[front];
            S[front]=null;
            front=(front+1)%CAPACITY;
            return obj;
        }
    }

    public Object front(){
        if(rear==front){
            throw new ExceptionQueueEmpty("隊空，沒有隊首元素");
        }
        else{
             return S[front];
        }
    }
    public boolean isEmpty(){
        if(front==rear){
            return true;
        }
        else {
            return false;
        }
    }
    public int getSize(){
        return (CAPACITY+rear-front)%CAPACITY;//rear取模之后可能小於front，不能直接用(rear-front)
    }


    public static void main(String[] args){
        String[] children={"A","B","C","D","E","F","G","H","I","J","K"};
        Queue_Array queue=new Queue_Array();
//        int len=queue.capacity;
       for(String s:children){
           queue.enqueue(s);
       }
        Random rand=new Random();
        Object dequeueObj;
        int k=rand.nextInt(children.length-1)+1;
        //k=4;
        while(queue.getSize()!=1){
            for(int i=1;i<k;++i){
                dequeueObj=queue.dequeue();
                queue.enqueue(dequeueObj);
            }
            dequeueObj=queue.dequeue();
            System.out.println(String.format("%s 退出",(String)dequeueObj));
        }
        System.out.println(String.format("when k is %s winner is %s ",k,queue.front()));
    }
}

class ExceptionQueueEmpty extends RuntimeException {
    public ExceptionQueueEmpty(String err){
        super(err);
    }
}
class ExceptionQueueFull extends RuntimeException{
    public ExceptionQueueFull(String err){
        super(err);
    }
}

　　其實，就燙手山芋游戲來說，使用如下的入隊和出隊方法更好：

　　在入隊方法enqueue中，size==CAPACITY，那么就是隊滿了。在出隊方法中，如果size==0，那么即是隊空了。這種方法會導致原有隊首元素被覆蓋，正好符合題意，可以將隊列大小設置為孩子個數。如果使用禁止隊列規模超過CAPACITY-1的方法，隊列大小的設置要大於孩子個數，否則入隊時會提示“隊列已滿”。