数据结构_线性机构(队列)

队列

介绍

• 队列是一个有序列表，可以用数组或者链表实现
• 遵循先进先出原则

数组模拟队列

• 队列本身是有序列表，maxSize为队列最大容量
• 需要两个front，rear随着数据输入而改变
• rear是队尾，front为队头

队列入队为addQueue，

addQueue处理

1. 尾指针后移，rear+1，当front == rear时，队列为空
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。 当 rear == maxSize - 1时，队列满

实现

初始

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;              //存放数据（模拟队列）



    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（具体的位置，最后一个数）
    }

方法：队列是否满

public boolean isFull() {
        return rear == maxSize - 1;
    }

方法：队列是否为空

public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

方法：添加数据到队列

public void addQueue(int n) {
        //判断队列是否满
        if(isFull()) {
            System.out.println("队列满，不能加入数据");
            return;
        }
        rear++; //rear后移
        arr[rear] = n;
    }

方法：出队列

public int getQueue() {
        //判断队列是否为空
        if(isEmpty()) {
            //抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        front++;        //front后移
        return arr[front];
    }

方法：显示数据

public void showQueue() {
        //遍历
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr = [%d] = %d\n", i, arr[i]);
        }
    }

方法：显示头数据

public int headQueue() {
        //判断是否为空
        if(isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        return arr[front + 1];      //front本身指向队列前一位
    }

测试

package cn.imut.array;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Scanner;

public class ArrayQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);

        char key = ' ';     //接收用户输入
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;

        //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)：从队列中取出数据");
            System.out.println("h(head)：查看队列头数据");
            key = sc.next().charAt(0);              //接收一个字符

            switch (key) {
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输入一个数");
                    int value = sc.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是%d", res);
                    }catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.printf("队列的头数据是%d", 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");
    }
}

问题优化

1. 目前数组使用一次就不能用，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：%

数组模拟循环队列

思路

1. front变量的含义做一个调整：front就指向队列的第一个元素，初始值为0。arr[front]就是第一个元素
2. rear调整：rear指向队列最后一个元素的后一个位置，可以空出一个空间作为约定.rear初始值为0
3. 当队列满时，条件是（rear + 1） % maxSize = front
4. 当队列为空时， rear == front 为空
5. 队列中有效个数 (rear + maxSize - front) % maxSize

实现

初始值

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;              //存放数据（模拟队列）

构造方法，赋初始值

public CircleArrayQueueDemo(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

方法：队列是否为满

public boolean isFull() {
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }

方法：队列是否为空

public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

方法：添加数据到队列

public void addQueue(int n) {
        //判断队列是否满
        if(isFull()) {
            System.out.println("队列满，不能加入数据");
            return;
        }
        //直接将数据加入就可以
        arr[rear] = n;
        //rear后移，考虑取模
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

方法：获取队列的数据（出队列）

public int getQueue() {
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()) {
            // 通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        // 这里需要分析出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;
        return value;
    }

方法：显示队列的所有数据

public void showQueue() {
        //遍历
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        for(int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d] = %d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }

方法：求出当前队列的有效值

public int size() {
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

方法：显示头数据

public int headQueue() {
        //判断是否为空
        if(isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        return arr[front];      //front本身指向队列前一位
    }

测试：

package cn.imut.circlearray;
import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemoTest {
    public static void main(String[] args) {
        CircleArrayQueueDemo queue = new CircleArrayQueueDemo(4);   //队列有效数据最大为3

        char key = ' ';     //接收用户输入
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;

        //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 = sc.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 = sc.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
                    sc.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出~~");
    }
}