队列学习笔记
队列
概念
队列是一个有序列表，可以用数组或者链表实现，且遵循先进先出的原则。
图示如下：
数组模拟队列思路
1）队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列中的数据，则应声明以下变量：
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;//该数组用于存放数据，模拟队列
2）用代码实现以下功能：
-
addQueue
将尾指针往后移：rear+1(当front==rear时队列为空)
若尾指针rear小于队列最大下标maxSize-1，则将数据存入rear所指的数组元素中(rear==maxSize-1时队列满，无法存入元素)
//添加数据到队列 public void addQueue(int n) { //首先判断队列是否满 if(isFull()) { System.out.println("队列满，不能添加数据"); return; } rear++; arr[rear] = n; } -
getQueue
//取出队列数据（出队列） public int getQueue() { //首先判断队列是否空 if(isEmpty()) //通过抛出异常来处理 throw new RuntimeException("队列为空，无法取出数据"); front++; return arr[front]; } -
showQueue
//显示队列所有数据 public void showQueue() { //首先判断队列是否空 if(isEmpty()) { System.out.println("队列空"); return; } for (int i = 0; i < arr.length; i++) { System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]); } } -
showHead
//显示队列头数据 public int showHead() { if(isEmpty()) throw new RuntimeException("队列空"); return arr[front + 1]; }
完整代码如下
package com.queue;
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试
//创建一个队列
ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
Scanner sc = new Scanner(System.in);
char key;//接收用户输入
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): 查看队列头的数据");
key = sc.next().charAt(0);
switch(key) {
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("请输入一个数：");
int value = sc.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g'://取出数据
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据为：%d\n",res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h'://查看队列头数据
try {
int res = queue.showHead();
System.out.printf("队列头的数据为：%d\n",res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e'://退出程序
sc.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出");
}
}
//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;//该数组用于存放数据，模拟队列
//创建队列的构造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
front = -1; //指向队列头的前一个位置
rear = -1;//指向队列尾部数据（即队列最后一个数据）
arr = new int[maxSize];
}
//判断队列是否满
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
//判断 队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
//添加数据到队列
public void addQueue(int n) {
//首先判断队列是否满
if(isFull()) {
System.out.println("队列满，不能添加数据");
return;
}
rear++;
arr[rear] = n;
}
//取出队列数据（出队列）
public int getQueue() {
//首先判断队列是否空
if(isEmpty())
//通过抛出异常来处理
throw new RuntimeException("队列为空，无法取出数据");
front++;
return arr[front];
}
//显示队列所有数据
public void showQueue() {
//首先判断队列是否空
if(isEmpty()) {
System.out.println("队列空");
return;
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
}
}
//显示队列头数据
public int showHead() {
if(isEmpty())
throw new RuntimeException("队列空");
return arr[front + 1];
}
}
已知问题
代码中创建的数组只能使用一次，无法达到复用效果。
运行时先添加了10，20，30三个数据进入队列，然后依次用getQueue()方法取出，再添加数据时会显示“队列满，不能添加数据”。
解决方法
环形队列
-
将数组看作环形（通过取模实现）
-
更改rear和front两个变量的含义，便于算法实现
/* * 令front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初始值为0. */ private int front;//队列头 /* * 令rear指向队列的最后一个元素的后一个位置。 * rear初始值为0. */ private int rear;//队列尾 -
分析可知：
-
队列满的条件是(rear + 1) % maxSize = front
-
队列空的条件是front == rear
-
队列中有效数据个数为(rear + maxSize - front) % maxSize
//统计队列有效数据个数 public int size() { return (rear + maxSize - front) % maxSize; }
-
-
注意：取数据时，考虑到front需要后移，需要使用以下几个步骤
-
将front所指的值赋给一个临时变量
-
将front后移
-
将临时变量的值返回
int value = arr[front]; front = (front + 1) % maxSize; return value;
-
具体代码实现与普通队列稍有差异，如下：
package com.queue;
import java.util.Scanner;
public class CirlceArrayQueue {
public static void main(String[] args) {
//测试
// 创建一个队列
CirlceArray queue = new CirlceArray(4);//最大有效数据为3
Scanner sc = new Scanner(System.in);
char key;// 接收用户输入
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): 查看队列头的数据");
key = sc.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("请输入一个数：");
int value = sc.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g':// 取出数据
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据为：%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':// 查看队列头数据
try {
int res = queue.showHead();
System.out.printf("队列头的数据为：%d\n", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':// 退出程序
sc.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出");
}
}
class CirlceArray {
private int maxSize;//表示数组的最大容量
/*
* 令front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初始值为0.
*/
private int front;//队列头
/*
* 令rear指向队列的最后一个元素的后一个位置。
* rear初始值为0.
*/
private int rear;//队列尾
private int[] arr;//该数组用于存放数据，模拟队列
public CirlceArray(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
}
//判断队列是否满
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
//判断 队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
//添加数据到队列
public void addQueue(int n) {
//首先判断队列是否满
if(isFull()) {
System.out.println("队列满，不能添加数据");
return;
}
//直接将n加入队列
arr[rear] = n;
//将rear后移，必须考虑取模
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
//取出队列第一个数据（出队列）
public int getQueue() {
//首先判断队列是否空
if(isEmpty())
//通过抛出异常来处理
throw new RuntimeException("队列为空，无法取出数据");
//考虑到front是直接指向队列的第一个元素，需要用以下步骤取出数据
//1.将front所指的值赋给一个临时变量
//2.将front后移
//3.将临时变量的值返回
int value = arr[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
//统计队列有效数据个数
public int size() {
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
//显示队列所有数据
public void showQueue() {
//首先判断队列是否空
if(isEmpty()) {
System.out.println("队列空");
return;
}
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i % maxSize,arr[i % maxSize]);
}
}
//显示队列头数据
public int showHead() {
if(isEmpty())
throw new RuntimeException("队列空");
return arr[front];
}
}
浙公网安备 33010602011771号