队列
3.2 队列
3.2.1队列的一个使用场景
银行排队的案例:
3.2.2队列介绍
队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。
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
示意图：(使用数组模拟队列示意图)
3.2.3数组模拟队列思路
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，如图所示:
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
将尾指针往后移：rear+1 , 当 front == rear 【空】
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]
不太理解的话参考这个博客
- 代码实现
package queue;
import com.sun.source.tree.SwitchTree;
import javax.management.RuntimeErrorException;
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);
char key = ' '; //接受用户输入
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("输入一个数据");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g'://取出数据
try{
int res =queue.getQueue();
System.out.printf("取出数据是%d\n",res);
}catch (Exception e){
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){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e'://退出
scanner.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;//该数据用于存放数据,模拟队列
//创建队列的构造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1;//指向队列头部,分析出front是指向队列头的前一个位置
rear = -1;//指向队列尾，指向队列尾的数据
}
//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) {
//判断队列是否满
if (isFull()) {
System.out.println("队列满，不能加入数据");
return;
}
rear++;//让rear后移
arr[rear] = n;
}
//获取队列的数据，取出队列
public int getQueue(){
//判断是否是空
if (isEmpty()) {
//通过抛出异常
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
front++;//font后移
return arr[front];
}
//显示队列的所有数据
public void showQueue(){
//遍历
if(isEmpty()){
System.out.println("队列空，没有数据");
return;
}
for (int i = 0;i < arr.length;i++){
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
}
}
//显示队列的头数据，注意不是取数据
public int headQueue(){
//判断
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
}
return arr[front+1];
}
}
问题分析并优化
- 目前数组使用一次就不能用， 没有达到复用的效果
- 将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列 取模：%
3.2.4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：
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]
rear == front [空]
分析示意图:
代码实现
package queue;
import javafx.scene.shape.Circle;
import java.util.Scanner;
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试环形队列
System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");
CircleArray queue = new CircleArray(4);//设置4，但是阵列存放数据最大为3,其中一个只是预留空间
char key = ' ';//接受用户输入
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("输入一个数据");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g'://取出数据
try{
int res =queue.getQueue();
System.out.printf("取出数据是%d\n",res);
}catch (Exception e){
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){
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
private int front;//front指向数组索引为0的第一个元素
private int rear;//rear指向最后一个数据的后一个位置
private int[] arr;//该数据用于存放数据,模拟队列
public CircleArray(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) {
//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
arr[rear] = n;
//将rear后移这里必须考虑取余
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
//获取队列的数据，取出队列
public int getQueue(){
//判断是否是空
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front是指向队列的第一个元素
//1.先把front对应的值保存到一个临时变量中
//2.将front后移，考虑取余
//3.将临时变量返回
int value = arr[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
//显示队列的所有数据
public void showQueue(){
//遍历
if(isEmpty()){
System.out.println("队列空，没有数据");
return;
}
//思路：从front开始遍历，遍历多少个元素
for (int i = front;i < front + size() ;i++){
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i % maxSize,arr[i % maxSize]);
}
}
//求出当前阵列有效数组的个数
public int size(){
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
//显示队列的头数据，注意不是取数据
public int headQueue(){
//判断
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
}
return arr[front];
}
}
浙公网安备 33010602011771号