[数据结构]之队列

1. 概述

• • 队列对应的操作是数组的子集
  • 只能从一端（队尾）添加元素，只能从另一端（队首）删除元素
  • 先进先出（FIFO：First In First Out）

2. 队列的实现

队列的接口定义：

代码实现：

package com.ytuan.queue;

public interface Queue<E> {

    public void enqueue(E e);
    
    public E dequeue();
    
    public boolean isEmpty();
    
    public int getSize();
    
    public E getFront();
}

 数组队列：

在这里会使用之前实现的动态数组，参考地址：https://www.cnblogs.com/ytuan996/p/10692548.html

 代码实现:

package com.ytuan.queue;

import com.ytuan.array.Array;

public class ArrayQueue<E> implements Queue<E> {

    private Array<E> array;

    public ArrayQueue(int capacity) {
        array = new Array<>(capacity);
    }

    public ArrayQueue() {
        array = new Array<E>();
    }

    @Override
    public void enqueue(E e) {
        array.addLast(e);
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        return array.removeFirst();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return array.isEmpty();
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return array.getSize();
    }

    @Override
    public String toString() {

        StringBuffer res = new StringBuffer();

        res.append(String.format("Queue size = %d, capacity = %d.  \n", array.getSize(), array.getCapacity()));

        res.append("front [");

        for (int i = 0; i < array.getSize(); i++) {
            res.append(array.get(i));
            if (i != array.getSize() - 1)
                res.append(',');
        }

        res.append("] end");
        return new String(res);
    }

    @Override
    public E getFront() {
        return array.getFirst();
    }

}

循环队列：

　　在数组队列的实现中，对于dequeue（出队）的时间复杂度是O(n)级别的，而循环队列是解决这一问题的方案。它使用两个之指针分别表示队列的队首和队尾，在整个数组中循环改变，多使用一个空间来维护这两个指针的关系。示意如图：

 代码实现：

package com.ytuan.queue;

public class LoopQueue<E> implements Queue<E> {

    private E[] data;

    private int front, tail;
    private int size; // 元素个数，可以省略，使用front， tail计算得到。扩展部分

    public LoopQueue(int capacity) {
        data = (E[]) new Object[capacity + 1];
        front = 0;
        tail = 0;
        size = 0;
    }

    public LoopQueue() {
        this(10);
    }

    @Override
    public void enqueue(E e) {

        if (tail + 1 == front)
            resize(getCapacity() * 2);

        data[tail] = e;
        tail = (tail + 1) % data.length;
        size++;
    }

    private void resize(int newCapacity) {

        E newData[] = (E[]) new Object[newCapacity + 1];

        for (int i = 0; i < size; i++) {
            newData[i] = data[(i + front) % data.length];
        }
        data = newData;
        front = 0;
        tail = size;
    }

    @Override
    public String toString() {

        StringBuffer res = new StringBuffer();

        res.append(String.format("Queue  size = %d, capacity = %d. \n", getSize(), getCapacity()));

        res.append("front [");

        for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % data.length) {
            res.append(data[i % data.length]);

            if ((i + 1) % data.length != tail)
                res.append(',');
        }

        res.append("] tail");
        return new String(res);
    }

    @Override
    public E dequeue() {

        if (isEmpty())
            throw new IllegalArgumentException("can not dequeue form an Empty Queue");

        E res = data[front];

        data[front] = null;
        front = (front + 1) % data.length;
        size--;

        if (size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0)
            resize(getCapacity() / 2);

        return res;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    @Override
    public int getSize() {
        return size;
    }

    public int getCapacity() {
        return data.length - 1;
    }

    @Override
    public E getFront() {

        if (isEmpty())
            throw new IllegalArgumentException("no element to access!");

        return data[front];
    }

}