1. 簡介
隊列是一個有序列表，可以用數組或是鏈表來實現。
遵循先入先出的原則。即：先存入隊列的數據，要先取出。后存入的要后取出
示意圖：(使用數組模擬隊列示意圖)
2. 數組模擬隊列
實現思路
隊列本身是有序列表，若使用數組的結構來存儲隊列的數據，則隊列數組的聲明如下圖, 其中 maxSize 是該隊列的最大容量。
因為隊列的輸出、輸入是分別從前后端來處理，因此需要兩個變量 front及 rear分別記錄隊列前后端的下標，front 會隨着數據輸出而改變，而 rear則是隨着數據輸入而改變，如圖所示:
當我們將數據存入隊列時稱為addQueue，addQueue 的處理需要有兩個步驟：思路分析
將尾指針往后移：rear+1 , 當front == rear【空】
若尾指針 rear 小於隊列的最大下標 maxSize-1，則將數據存入 rear所指的數組元素中，否則無法存入數據。 rear == maxSize - 1[隊列滿]
具體代碼如下
隊列代碼
package com.queue;
/**
* 使用數組模擬隊列
*
* @author john
* @date 2019/12/17 - 17:49
*/
class ArrayQueue {
private int maxSize; //數組的最大容量
private int front; //隊列頭
private int rear; //隊列尾
private int[] arr; //該數組用於存放數據，模擬隊列
//創建隊列的構造器
public ArrayQueue(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
arr = new int[this.maxSize];
front = -1; //指向隊列頭部，分析出front是指向隊列頭的前一個位置
rear = -1; //指向隊列尾部,即隊列最后一個數據
}
// 判斷隊列是否已滿
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
//判斷隊列是否為空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
//添加數據到隊列
public void addQueue(int n) {
//判斷隊列是否已滿
if (isFull()) {
System.out.println("隊列已滿,不能加入數據了");
return;
}
rear++; //讓rear后移
arr[rear] = n;
}
// 獲取隊列的數據，出隊列
public int getQueue() {
//判斷隊列是否為空
if (isEmpty()) {
//跑出異常
throw new RuntimeException("隊列空，不能取數據");
}
front++; //front后移
return arr[front];
}
//顯示隊列的所有數據
public void showQueue() {
//為空判斷
if (isEmpty()) {
System.out.println("隊列空的，沒有數據");
return;
}
//遍歷
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
}
}
//顯示隊列的頭數據，不取出數據
public int headQueue() {
//為空判斷
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("隊列空，不能取數據");
}
return arr[front + 1];
}
}
測試代碼
package com.queue;
import java.util.Scanner;
/**
* @author john
* @date 2019/12/17 - 17:48
*/
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
// 數組模擬隊列
ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
doLoop(queue);
}
//用於測試隊列
public static void doLoop(ArrayQueue queue) {
char key; // 用於接收用戶輸入
int res; //用於取出隊列中的數據
Scanner sc = new Scanner(System.in);
boolean loop = true; //判斷是否需要繼續執行
// 提示信息
System.out.println("s(show): 顯示隊列");
System.out.println("e(exit): 退出隊列");
System.out.println("a(add): 添加數據到隊列");
System.out.println("g(get): 從隊列取出數據");
System.out.println("h(head): 查看隊列頭的數據");
while (loop) {
key = sc.next().charAt(0); //接收一個字符
switch (key) {
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("請輸入一個數用於插入隊列");
int varlue = sc.nextInt();
queue.addQueue(varlue);
break;
case 'g':
try {
res = queue.getQueue();
System.out.printf("從隊列取出的數據是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
res = queue.headQueue();
System.out.printf("隊列頭的數據是%d\n", res);
break;
case 'e':
sc.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
System.out.println("程序運行結束");
}
}
}
運行結果
問題分析並優化
-
目前數組使用一次就不能用，沒有達到復用的效果
-
將這個數組使用算法，改進為一個環形的隊列
3. 數組模擬環形隊列
對前面的數組模擬隊列的優化，充分利用數組，因此將數組看做是一個環形的（通過取模實現）
思路分析
front變量的含義做一個調整：front就指向隊列的第一個元素, 也就是說arr[front]就是隊列的第一個元素
front的初始值 = 0rear變量的含義做一個調整：rear指向隊列的最后一個元素的后一個位置. 因為希望空出一個空間做為約定.
rear的初始值 = 0- 當隊列滿時，條件是
(rear + 1) % maxSize == front【滿】 - 對隊列為空的條件，
rear == front空 - 當我們這樣分析， 隊列中有效的數據的個數
(rear + maxSize - front) % maxSize// rear = 1 front = 0 - 我們就可以在原來的隊列上修改得到，一個環形隊列
代碼實現
隊列代碼
package com.queue;
/**
* 環形隊列
* @author john
* @date 2019/12/17 - 18:41
*/
class CircleArrayQueue {
private int maxSize; //數組的最大容量
private int front; //front指向隊列的第一個元素,初始值為0
private int rear; //rear指向隊列的最后一個元素的后一個位置,因此希望空出一個空間作為約定,初始值為0
private int[] arr; //該數組用於存放數據，模擬隊列
//創建隊列的構造器
public CircleArrayQueue(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
arr = new int[this.maxSize];
}
// 判斷隊列是否已滿
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
//判斷隊列是否為空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
//添加數據到隊列
public void addQueue(int n) {
//判斷隊列是否已滿
if (isFull()) {
System.out.println("隊列已滿,不能加入數據了");
return;
}
//直接將數據加入
arr[rear] = n;
//將rear后移，這里需要取模
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
// 獲取隊列的數據，出隊列
public int getQueue() {
//判斷隊列是否為空
if (isEmpty()) {
//跑出異常
throw new RuntimeException("隊列空，不能取數據");
}
// 1. 先把front值保存到一個臨時變量
int value = arr[front];
// 2. 將front后移，考慮取模
front = (front + 1) % maxSize;
// 3. 將臨時保存的變量返回
return value;
}
//顯示隊列的所有數據
public void showQueue() {
//為空判斷
if (isEmpty()) {
System.out.println("隊列空的，沒有數據");
return;
}
//遍歷
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
//顯示隊列的頭數據，不取出數據
public int headQueue() {
//為空判斷
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("隊列空，不能取數據");
}
return arr[front];
}
//求出當前隊列有效數據的個數
public int size() {
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
}
測試代碼
package com.queue;
import java.util.Scanner;
/**
* @author john
* @date 2019/12/17 - 17:48
*/
class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//測試數組環形隊列
CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(4); //實際隊列長度最大只有3
doLoop(queue);
}
//用於測試隊列
public static void doLoop(CircleArrayQueue queue) {
char key; // 用於接收用戶輸入
int res; //用於取出隊列中的數據
Scanner sc = new Scanner(System.in);
boolean loop = true; //判斷是否需要繼續執行
// 提示信息
System.out.println("s(show): 顯示隊列");
System.out.println("e(exit): 退出隊列");
System.out.println("a(add): 添加數據到隊列");
System.out.println("g(get): 從隊列取出數據");
System.out.println("h(head): 查看隊列頭的數據");
while (loop) {
key = sc.next().charAt(0); //接收一個字符
switch (key) {
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("請輸入一個數用於插入隊列");
int varlue = sc.nextInt();
queue.addQueue(varlue);
break;
case 'g':
try {
res = queue.getQueue();
System.out.printf("從隊列取出的數據是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
res = queue.headQueue();
System.out.printf("隊列頭的數據是%d\n", res);
break;
case 'e':
sc.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序運行結束");
}
}
測試結果
