Java编程内功-数据结构与算法「队列」

开发 后端 算法
队列是一个有序列表,可以用数组或者链表来实现,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.

[[386219]]

 基本介绍

队列是一个有序列表,可以用数组或者链表来实现

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

数组模拟队列

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.

因为队列的输入\输出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.


代码案例

  1. package com.structures.queue; 
  2.  
  3. import java.util.Scanner; 
  4.  
  5. public class ArrayQueueDemo { 
  6.     public static void main(String[] args) { 
  7.         ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3); 
  8.         char key = ' ';//接受用户输入 
  9.         Scanner scanner = new Scanner(System.in); 
  10.         boolean loop = true
  11.         //输出一个菜单 
  12.         while (loop) { 
  13.             System.out.println("s(show):显示队列"); 
  14.             System.out.println("e(exit):退出程序"); 
  15.             System.out.println("a(add):添加数据到队列"); 
  16.             System.out.println("g(get):从队列取出数据"); 
  17.             System.out.println("h(head):查看队列头的数据"); 
  18.             key = scanner.next().charAt(0); 
  19.             switch (key) { 
  20.                 case 's'
  21.                     arrayQueue.showQueue(); 
  22.                     break; 
  23.                 case 'a'
  24.                     System.out.println("输入一个整数"); 
  25.                     int value = scanner.nextInt(); 
  26.                     arrayQueue.addQueue(value); 
  27.                     break; 
  28.                 case 'g'
  29.                     try { 
  30.                         int queue = arrayQueue.getQueue(); 
  31.                         System.out.printf("取出的数据是%d", queue); 
  32.                     }catch (Exception e){ 
  33.                         System.out.println(e.getMessage()); 
  34.                     } 
  35.                     break; 
  36.                 case 'e'
  37.                     scanner.close(); 
  38.                     loop = false
  39.                     break; 
  40.                 case 'h'
  41.                     try { 
  42.                         int head = arrayQueue.headQueue(); 
  43.                         System.out.printf("取出队列头的数据是%d", head); 
  44.                     }catch (Exception e){ 
  45.                         System.out.println(e.getMessage()); 
  46.                     } 
  47.                 default
  48.                     break; 
  49.             } 
  50.         } 
  51.         System.out.println("程序退出"); 
  52.     } 
  53.  
  54. //使用数组模拟队列-编写一个ArrayQueue类 
  55. class ArrayQueue { 
  56.     //表示数组最大容量 
  57.     private int maxSize; 
  58.     //队列头 
  59.     private int front; 
  60.     //队列尾 
  61.     private int rear; 
  62.     //用于存放数据,模拟队列 
  63.     private int[] arr; 
  64.  
  65.     //创建队列构造器 
  66.     public ArrayQueue(int arrMaxSize) { 
  67.         maxSize = arrMaxSize; 
  68.         arr = new int[maxSize]; 
  69.         front = -1;//指向队列头的前一个位置 
  70.         rear = -1;//指向队列尾的数据,即就是队列最后一个数据 
  71.     } 
  72.  
  73.     //判断队列是否满 
  74.     public boolean isFull() { 
  75.         return rear == maxSize - 1; 
  76.     } 
  77.  
  78.     //判断队列是否为空 
  79.     public boolean isEmpty() { 
  80.         return rear == front; 
  81.     } 
  82.  
  83.     //添加数据到队列 
  84.     public void addQueue(int n) { 
  85.         if (isFull()) { 
  86.             System.out.println("队列不能加入数据"); 
  87.             return
  88.         } 
  89.         rear++;//让rear 后移 
  90.         arr[rear] = n; 
  91.     } 
  92.  
  93.     //获取队列数据,出队列 
  94.     public int getQueue() { 
  95.         if (isEmpty()) { 
  96.             throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据"); 
  97.         } 
  98.         front++; 
  99.         return arr[front]; 
  100.     } 
  101.  
  102.     //显示队列所有数据 
  103.     public void showQueue() { 
  104.         if (isEmpty()) { 
  105.             System.out.println("队列为空,没有数据"); 
  106.         } 
  107.         for (int i = 0; i < this.arr.length; i++) { 
  108.             System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]); 
  109.         } 
  110.     } 
  111.  
  112.     //显示队列的头数据,注意不是取数据 
  113.     public int headQueue() { 
  114.         if (isEmpty()) { 
  115.             throw new RuntimeException("队列为空,没有数据"); 
  116.         } 
  117.         return arr[front + 1]; 
  118.     } 
  119.  

 问题分析

  1. 目前这个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%

改进成环形队列的思路分析

  1. front变量的含义做一个调整:front 就指向队列的第一个元素,也就是arr[front]就是队列的第一个元素,front的初始值=0
  2. rear变量的含义做一个调整:rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置,因为希望空出一个空间作为约定.rear初始值=0
  3. 当队列满时,条件是(rear+1)%maxSize = front.
  4. 当队列为空时条件,rear == front 空.
  5. 当我们这样分析,队列中有效的数据的个数=(rear+maxSize-front)%maxSize.

环形队列代码案例

  1. package com.structures.queue; 
  2.  
  3. import java.util.Scanner; 
  4.  
  5. public class CircleArrayQueue { 
  6.     public static void main(String[] args) { 
  7.         CircleArray arrayQueue = new CircleArray(4);//这里设置4,其队列的有效数据最大是3 
  8.         char key = ' ';//接受用户输入 
  9.         Scanner scanner = new Scanner(System.in); 
  10.         boolean loop = true
  11.         //输出一个菜单 
  12.         while (loop) { 
  13.             System.out.println("s(show):显示队列"); 
  14.             System.out.println("e(exit):退出程序"); 
  15.             System.out.println("a(add):添加数据到队列"); 
  16.             System.out.println("g(get):从队列取出数据"); 
  17.             System.out.println("h(head):查看队列头的数据"); 
  18.             key = scanner.next().charAt(0); 
  19.             switch (key) { 
  20.                 case 's'
  21.                     arrayQueue.showQueue(); 
  22.                     break; 
  23.                 case 'a'
  24.                     System.out.println("输入一个整数"); 
  25.                     int value = scanner.nextInt(); 
  26.                     arrayQueue.addQueue(value); 
  27.                     break; 
  28.                 case 'g'
  29.                     try { 
  30.                         int queue = arrayQueue.getQueue(); 
  31.                         System.out.printf("取出的数据是%d", queue); 
  32.                     }catch (Exception e){ 
  33.                         System.out.println(e.getMessage()); 
  34.                     } 
  35.                     break; 
  36.                 case 'e'
  37.                     scanner.close(); 
  38.                     loop = false
  39.                     break; 
  40.                 case 'h'
  41.                     try { 
  42.                         int head = arrayQueue.headQueue(); 
  43.                         System.out.printf("取出队列头的数据是%d", head); 
  44.                     }catch (Exception e){ 
  45.                         System.out.println(e.getMessage()); 
  46.                     } 
  47.                 default
  48.                     break; 
  49.             } 
  50.         } 
  51.         System.out.println("程序退出"); 
  52.     } 
  53.  
  54.  
  55. class CircleArray { 
  56.     //表示数组最大容量 
  57.     private int maxSize; 
  58.     //front变量的含义做一个调整:front 就指向队列的第一个元素,也就是arr[front]就是队列的第一个元素,front的初始值=0 
  59.     private int front; 
  60.     //rear变量的含义做一个调整:rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置,因为希望空出一个空间作为约定.rear初始值=0 
  61.     private int rear; 
  62.     //用于存放数据,模拟队列 
  63.     private int[] arr; 
  64.  
  65.     public CircleArray(int arrMaxSize) { 
  66.         maxSize = arrMaxSize; 
  67.         arr = new int[maxSize]; 
  68.     } 
  69.  
  70.     //判断队列是否满 
  71.     public boolean isFull() { 
  72.         return (rear + 1) % maxSize == front; 
  73.     } 
  74.  
  75.     //判断队列是否为空 
  76.     public boolean isEmpty() { 
  77.         return rear == front; 
  78.     } 
  79.  
  80.     //添加数据到队列 
  81.     public void addQueue(int n) { 
  82.         if (isFull()) { 
  83.             System.out.println("队列满,队列不能加入数据"); 
  84.             return
  85.         } 
  86.         //直接将数据加入 
  87.         arr[rear] = n; 
  88.         //将rear后移,这里必须考虑取模 
  89.         rear = (rear + 1) % maxSize; 
  90.     } 
  91.  
  92.     //获取队列数据,出队列 
  93.     public int getQueue() { 
  94.         if (isEmpty()) { 
  95.             throw new RuntimeException("队列为空,不能取数据"); 
  96.         } 
  97.         //这里需要分析front是指向队列的第一个元素, 
  98.         //1.先把front对应的值保存到一个临时变量, 
  99.         //2.将front后移,考虑取模 
  100.         //3.将临时保存的变量返回 
  101.         int value = arr[front]; 
  102.         front = (front + 1) % maxSize; 
  103.         return value; 
  104.     } 
  105.  
  106.     //显示队列所有数据 
  107.     public void showQueue() { 
  108.         if (isEmpty()) { 
  109.             System.out.println("队列为空,没有数据"); 
  110.         } 
  111.         //从front开始遍历 
  112.         for (int i = front; i < front + size(); i++) { 
  113.             System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]); 
  114.         } 
  115.     } 
  116.  
  117.     //求出当前队列有效数据的个数 
  118.     public int size() { 
  119.         return (rear + maxSize - front) % maxSize; 
  120.     } 
  121.  
  122.     //显示队列的头数据,注意不是取数据 
  123.     public int headQueue() { 
  124.         if (isEmpty()) { 
  125.             throw new RuntimeException("队列为空,没有数据"); 
  126.         } 
  127.         return arr[front]; 
  128.     } 

 【编辑推荐】

 

责任编辑:姜华 来源: 今日头条
相关推荐

2021-04-13 09:37:41

Java数据结构算法

2021-03-18 08:44:20

Java数据结构算法

2021-05-12 09:07:09

Java数据结构算法

2021-03-10 08:42:19

Java数据结构算法

2021-03-08 06:28:57

JAVA数据结构与算法稀疏数组

2021-03-17 09:27:36

Java数据结构算法

2021-03-12 09:13:47

Java数据结构算法

2021-03-23 08:33:22

Java数据结构算法

2021-03-26 08:40:28

Java数据结构算法

2021-04-15 09:36:44

Java数据结构算法

2021-04-22 10:07:45

Java数据结构算法

2021-03-14 08:27:40

Java数据结构算法

2021-04-16 09:40:52

Java数据结构算法

2021-04-07 09:26:37

Java数据结构算法

2021-05-13 07:34:56

Java数据结构算法

2021-03-24 10:41:04

Java数据结构算法

2021-04-23 09:12:09

Java数据结构算法

2021-03-11 08:53:20

Java数据结构算法

2021-05-08 08:28:38

Java数据结构算法

2021-03-19 10:25:12

Java数据结构算法
点赞
收藏

51CTO技术栈公众号