文章目录
- 前言
- 一、队列的应用场景与介绍
- 1.应用场景
- 2.队列介绍
- 二、数组模拟队列
- 1.分析说明
- 2.示意图
- 3.思路如下
- 4.代码实现
- 5.问题分析并优化
- 三、数组模拟环形队列
- 1.分析说明
- 2.思路如下
- 3.代码实现
- 留言
前言
跟着B站的尚硅谷学习数据结构与算法,语言为java,目前是第二个代码内容——队列
提示:以下是本篇文章正文内容,下面案例可供参考
一、队列的应用场景与介绍
1.应用场景
例子:银行办理业务时,顾客取号排队与窗口喊号服务的关系
2.队列介绍
1)队列是一个有序列表,可以用数组或是链表来实现。
2)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。
二、数组模拟队列
1.分析说明
1)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。
2)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 会随着数据输出而变化,而 rear 则是随着数据输入而改变。
2.示意图
使用数组模拟队列示意图:
3.思路如下
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:
1)将尾指针往后移:rear + 1,当 front == rear 时,队列为空。
2)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。 当 rear == maxSize - 1时,队列为满。
4.代码实现
1)rear 是队列最后元素[含]
2)front 是队列最前元素[不含]
package com.queue;
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试
ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
char key = ' '; //接受菜单输入
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);
switch (key){
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数据:");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
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':
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出。");
}
}
//使用数据模型拟队列-缩写一个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是指向队列头的第一位置
rear = -1; //指向队列的尾部,队列的最后一个数据
}
//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++;
arr[rear] = n;
}
//获取队列的数据,出队列
public int getQueue(){
//判断队列是否为空
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空,不能取出数据。");
}
front++;
return arr[front];
}
//显示队列的所有数据
public void showQueue(){
//遍历
if (isEmpty()){
System.out.println("队列空的,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,注意不是取出数据
public int headQueue(){
//判断
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列为空,没有数据。");
}
return arr[front + 1];
}
}
5.问题分析并优化
1)目前数组使用一次就不能再用,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 ,应用:取模%
三、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)
1.分析说明
1)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,这个在判断队列满的时候需要注意(rear + 1)% maxSize == front [满]
2)rear == front [空]
2.思路如下
1)front 变量的含义做一个调整:front 就指向队列的第一个元素,也就是说 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 的初始值 = 0
3)当队列为满时,条件是 (rear + 1)% maxSize == front [满]
4)当队列为空时,条件是 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
6)根据之前的数组模拟队列,可修改成一个环形队列
3.代码实现
package com.queue;
import java.util.Scanner;
public class CircleArrayQueue {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("测试环形队列");
//此处队列长度为3,有一个空间为约定
CircleArray queue = new CircleArray(4);
char key = ' '; //接受菜单输入
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);
switch (key){
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数据:");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
}catch (Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
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':
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出。");
}
}
class CircleArray{
private int maxSize; //容器的最大容量
//front 变量的含义做一个调整:front 就指向队列的第一个元素,也就是说arr[front]
//front 的初始值 = 0
private int front;
//rear 变量的含义做一个调整:rear 就指向队列的最后一个元素的后一个位置,希望空出一个空间做约定
//rear 的初始值 = 0
private int rear; //队列尾
private int[] arr; //模拟队列
public CircleArray(int arrMaxSize){
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = 0;
rear = 0;
}
//判断队列是否满
public boolean isFull(){
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
//判断队列是否空
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,这里必须考虑取模
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
//获取队列的数据,出队列
public int getQueue(){
//判断队列是否为空
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空,不能取出数据。");
}
//这里需要分析出front是指向队列的第一个元素
//1.先把front对应的值保留到一个临时变量
//2.将front后移
//3.将临时保存的变量返回
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("队列空的,没有数据。");
return;
}
//思路一:从front开始遍历,遍历多少个元素
//动脑筋
for (int i = front; i < front + size(); i++){
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
//求出当前队列有效数据的个数
public int size(){
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
//显示队列的头数据,注意不是取出数据
public int headQueue(){
//判断
if (isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列为空,没有数据。");
}
return arr[front];
}
}
留言
以上就是本章要讲的内容,本文仅仅简单复述了老师讲课的文本内容,内容有误麻烦联系。