119°

数据结构之队列(queue)

队列介绍

1.队列是一个有序列表,可以用数组或是链表来实现。

2.遵循先入先出的原则。即:先存入队列的数据,要先取出。后存入的要后取出。

应用场景

比如某某银行叫号系统:

数组模拟队列

队列本身是有序列表,若使用数组的结构来存储队列的数据,则队列数组的声明如下图, 其中 maxSize 是该队列的最大容量。

因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理,因此需要两个变量 front及 rear分别记录队列前后端的下标,front 会随着数据输出而改变,而 rear则是随着数据输入而改变

示意图:(使用数组模拟队列示意图)

当我们将数据存入队列时称为”addQueue”,addQueue 的处理需要有两个步骤:思路分析

1.将尾指针往后移:rear+1 , 当front == rear 【空】

2.若尾指针 rear 小于队列的最大下标 maxSize-1,则将数据存入 rear所指的数组元素中,否则无法存入数据。 rear == maxSize - 1[队列满]

 代码实现

package com.queueArray;

import java.util.Scanner;

/**

  • Created by wanbf on 2019/6/1. 队列 */ public class QueueAarray {

    public static void main(String[] args) { //测试一把 //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.headQueue(); 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(</span>"程序退出~~"<span style="color: #000000;">);
    

    }

}

// 使用数组模拟队列-编写一个ArrayQueue类 class ArrayQueue { private int maxSize; // 表示数组的最大容量 private int front; // 队列头 private int rear; // 队列尾 private int[] arr; // 该数据用于存放数据, 模拟队列

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 创建队列的构造器</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> ArrayQueue(<span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> arrMaxSize) {
    maxSize </span>=<span style="color: #000000;"> arrMaxSize;
    arr </span>= <span style="color: #0000ff;">new</span> <span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;">[maxSize];
    front </span>= -1; <span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 指向队列头部,分析出front是指向队列头的前一个位置.</span>
    rear = -1; <span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 指向队列尾,指向队列尾的数据(即就是队列最后一个数据)</span>

}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 判断队列是否满</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">boolean</span><span style="color: #000000;"> isFull() {
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span> rear == maxSize - 1<span style="color: #000000;">;
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 判断队列是否为空</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">boolean</span><span style="color: #000000;"> isEmpty() {
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span> rear ==<span style="color: #000000;"> front;
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 添加数据到队列</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">void</span> addQueue(<span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> n) {
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 判断队列是否满</span>
    <span style="color: #0000ff;">if</span><span style="color: #000000;"> (isFull()) {
        System.out.println(</span>"队列满,不能加入数据~"<span style="color: #000000;">);
        </span><span style="color: #0000ff;">return</span><span style="color: #000000;">;
    }
    rear</span>++; <span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 让rear 后移</span>
    arr[rear] =<span style="color: #000000;"> n;
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 获取队列的数据, 出队列</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> getQueue() {
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 判断队列是否空</span>
    <span style="color: #0000ff;">if</span><span style="color: #000000;"> (isEmpty()) {
        </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 通过抛出异常</span>
        <span style="color: #0000ff;">throw</span> <span style="color: #0000ff;">new</span> RuntimeException("队列空,不能取数据"<span style="color: #000000;">);
    }
    front</span>++; <span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> front后移</span>
    <span style="color: #0000ff;">return</span><span style="color: #000000;"> arr[front];

}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 显示队列的所有数据</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">void</span><span style="color: #000000;"> showQueue() {
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 遍历</span>
    <span style="color: #0000ff;">if</span><span style="color: #000000;"> (isEmpty()) {
        System.out.println(</span>"队列空的,没有数据~~"<span style="color: #000000;">);
        </span><span style="color: #0000ff;">return</span><span style="color: #000000;">;
    }
    </span><span style="color: #0000ff;">for</span> (<span style="color: #0000ff;">int</span> i = 0; i &lt; arr.length; i++<span style="color: #000000;">) {
        System.out.printf(</span>"arr[%d]=%d\n"<span style="color: #000000;">, i, arr[i]);
    }
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 显示队列的头数据, 注意不是取出数据</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> headQueue() {
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 判断</span>
    <span style="color: #0000ff;">if</span><span style="color: #000000;"> (isEmpty()) {
        </span><span style="color: #0000ff;">throw</span> <span style="color: #0000ff;">new</span> RuntimeException("队列空的,没有数据~~"<span style="color: #000000;">);
    }
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span> arr[front + 1<span style="color: #000000;">];
}

}

代码

问题分析并优化:

1.目前数组使用一次就不能使用了,没有达到复用的效果。

2.将这个数组使用算法,改进成一个环形的队列,取模:%

数组模拟环形队列

对前面的数组模拟队列的优化,充分利用数组

因此将数组看做是一个环形的。(通过取模的方 式来实现即可)

分析说明:

1.尾索引的下一个为头索引时表示队列满,即将队 列容量空出一个作为约定,这个在做判断队列满的 时候需要注意 (rear + 1) % maxSize == front 满] 

2.rear == front [空]

3.测试示意图:

代码实现

package com.queueArray;

import java.util.Scanner;

/**

  • Created by wanbf on 2019/6/1. 环形队列 */ public class CircleQueueArray {

    public static void main(String[] args) { //测试一把 System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");

     </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 创建一个环形队列</span>
     CircleArray queue = <span style="color: #0000ff;">new</span> CircleArray(4); <span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;">说明设置4, 其队列的有效数据最大是3</span>
     <span style="color: #0000ff;">char</span> key = ' '; <span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 接收用户输入</span>
     Scanner scanner = <span style="color: #0000ff;">new</span> Scanner(System.in);<span style="color: #008000;">//
    

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.headQueue(); 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~~"); } } class CircleArray { private int maxSize; // 表示数组的最大容量 //front 变量的含义做一个调整: front 就指向队列的第一个元素, 也就是说 arr[front] 就是队列的第一个元素 //front 的初始值 = 0 private int front; //rear 变量的含义做一个调整: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做为约定. //rear 的初始值 = 0 private int rear; // 队列尾 private int[] arr; // 该数据用于存放数据, 模拟队列

<span style="color: #0000ff;">public</span> CircleArray(<span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> arrMaxSize) {
    maxSize </span>=<span style="color: #000000;"> arrMaxSize;
    arr </span>= <span style="color: #0000ff;">new</span> <span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;">[maxSize];
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 判断队列是否满</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">boolean</span><span style="color: #000000;"> isFull() {
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span> (rear  + 1) % maxSize ==<span style="color: #000000;"> front;
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 判断队列是否为空</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">boolean</span><span style="color: #000000;"> isEmpty() {
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span> rear ==<span style="color: #000000;"> front;
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 添加数据到队列</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">void</span> addQueue(<span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> n) {
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 判断队列是否满</span>
    <span style="color: #0000ff;">if</span><span style="color: #000000;"> (isFull()) {
        System.out.println(</span>"队列满,不能加入数据~"<span style="color: #000000;">);
        </span><span style="color: #0000ff;">return</span><span style="color: #000000;">;
    }
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;">直接将数据加入</span>
    arr[rear] =<span style="color: #000000;"> n;
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;">将 rear 后移, 这里必须考虑取模</span>
    rear = (rear + 1) %<span style="color: #000000;"> maxSize;
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 获取队列的数据, 出队列</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> getQueue() {
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 判断队列是否空</span>
    <span style="color: #0000ff;">if</span><span style="color: #000000;"> (isEmpty()) {
        </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 通过抛出异常</span>
        <span style="color: #0000ff;">throw</span> <span style="color: #0000ff;">new</span> RuntimeException("队列空,不能取数据"<span style="color: #000000;">);
    }
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 这里需要分析出 front是指向队列的第一个元素
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 1. 先把 front 对应的值保留到一个临时变量
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 2. 将 front 后移, 考虑取模
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 3. 将临时保存的变量返回</span>
    <span style="color: #0000ff;">int</span> value =<span style="color: #000000;"> arr[front];
    front </span>= (front + 1) %<span style="color: #000000;"> maxSize;
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span><span style="color: #000000;"> value;

}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 显示队列的所有数据</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">void</span><span style="color: #000000;"> showQueue() {
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 遍历</span>
    <span style="color: #0000ff;">if</span><span style="color: #000000;"> (isEmpty()) {
        System.out.println(</span>"队列空的,没有数据~~"<span style="color: #000000;">);
        </span><span style="color: #0000ff;">return</span><span style="color: #000000;">;
    }
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 思路:从front开始遍历,遍历多少个元素
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 动脑筋</span>
    <span style="color: #0000ff;">for</span> (<span style="color: #0000ff;">int</span> i = front; i &lt; front + size() ; i++<span style="color: #000000;">) {
        System.out.printf(</span>"arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i %<span style="color: #000000;"> maxSize]);
    }
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 求出当前队列有效数据的个数</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> size() {
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> rear = 2
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> front = 1
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> maxSize = 3</span>
    <span style="color: #0000ff;">return</span> (rear + maxSize - front) %<span style="color: #000000;"> maxSize;
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 显示队列的头数据, 注意不是取出数据</span>
<span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">int</span><span style="color: #000000;"> headQueue() {
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;"> 判断</span>
    <span style="color: #0000ff;">if</span><span style="color: #000000;"> (isEmpty()) {
        </span><span style="color: #0000ff;">throw</span> <span style="color: #0000ff;">new</span> RuntimeException("队列空的,没有数据~~"<span style="color: #000000;">);
    }
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span><span style="color: #000000;"> arr[front];
}

}

代码

原文链接:https://www.cnblogs.com/justBobo/p/10958026.html

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