数据结构与算法基础--queue(java)

其实在上一堂课讲到了queue的接口设计。本来想将queue整个包含在上一篇文章中，但是对于队列的问题包含了很多东西，便想单独列出来说明一下。

首先我们先了解什么是队列：

队列同样是一种特殊的线性表，其插入和删除的操作分别在表的两端进行，队列的特点就是先进先出(First In First Out)。我们把向队列中插入元素的过程称为入队(Enqueue)，删除元素的过程称为出队(Dequeue)并把允许入队的一端称为队尾，允许出的的一端称为队头，没有任何元素的队列则称为空队。

上篇文章中，由我的教授提出的接口是：

public interface Queue<Item> {
    /**
     * Update this Queue by adding an item on the newest end;
     * @param item the item to add;
     */
    void enqueue(Item item);
    /**
     * Update this Queue by taking the oldest item off the queue
     * @return the item or null if there is no such item;
     */
    Item dequeue();
    /**
     * @return true if the queue is empty;
     */
    boolean isEmpty();
}

这个接口都没有表明这是一个顺序队列还是一个循环队列。当然对于实际应用，顺序队列会消耗掉大量的内存空间。其中enqueu的时间复杂度是O(1),但是如果在dequeue（）的时候进行位移操作，那么整个程序的复杂度为O(n).而对于循环列表，enqueue仍然是O(1)的复杂度，dequeue则降低为O(1)。

其中关于循环队列在建立的时候包含一个问题，如果将整个队列全部装满，那么front==rear的判断条件符合队列空，也符合队列满！

所以在建立队列的时候，有两种方法来解决这个问题：

1）另设一个标识为来判断是否队列满了；

2）少一个元素空间，规定front指针在rear指针的下一个位置上，即：

　　队空时：front=rear；

　　队满时：front=（rear+1）%maxsize

下面，我自己对queue接口进行实现。当然，这是一个循环队列的实现。

其中使用第二种方法对队满进行判断：

public class MyQueue<Item> implements Queue<Item>{
    
    private static int DEFAULT_SIZE=10;
    private Item elements[];
    private int front,rear;
    private int size;
    public MyQueue(){
        elements=(Item[])new Object[DEFAULT_SIZE];
        front=rear=0;
        size=0;
    }
    
    public MyQueue(int capacity)
    {
        elements=(Item[])new Object[capacity];
        front=rear=0;
        size=0;
    }
    
    public int size(){
        return size;
    }
    
    public boolean isEmpty(){
        return front==rear;
    }
    
    public void enqueue(Item data){
        if(this.front==(this.rear+1)%this.elements.length){
            ensureCapacity(this.elements.length*2+1);
        }
        elements[rear]=data;
        this.rear=(this.rear+1)%this.elements.length;
        size++;
    }
    
    public Item dequeue(){
        Item temp=this.elements[front];
        this.front=(this.front)%this.elements.length;
        size--;
        return temp;
    }
    
    public void ensureCapacity(int capacity){
        Item[] old=this.elements;
        this.elements=(Item[])new Object[capacity];
        int j=0;
        for(int i=this.front;i!=this.rear;i=(i+1)%old.length){
            elements[j++]=old[i];
        }
        front=0;
        rear=j;
    }
    
}

 

其中扩展了ensureCapaciy()方法。主要是对array长度不够，而扩展队列的扩展。

 

其实可以看到，循环队列不会要求enqueue的时候将元素往前移动，而降低了复杂度。

但是，今天上课教授告诉我，用LinkList去实现队列和堆栈是一种更好的方法

我：？？？？？？

那我们下一次将会使用LinkList实现队列和堆栈。