JAVA 数据结构与算法 队列的介绍与应用

一、队列

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。

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]

代码实现:

class ArrayQueue(arrMaxSize: Int) { 
    val maxSize: Int = arrMaxSize
    val array = new Array[lnt](arrMaxSize)
    var front: Int =-1
    var rear :Int =-1
}
//初始化
val queue = new ArrayQueue(3)
  1. rear是队列最后[含]

  2. front是队列最前元素[不含]

import java.util.Scanner;
​
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //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("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");
            System.out.println("e(exit):退出程序");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key) {
                case 's':
                    queue.printQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输入一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.enqueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.dequeue();
                        System.out.printf("输出的数据是%d\n", res);
                    }catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int res = queue.front();
                        System.out.printf("队列头的数据%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 ArrayQueue{
    private int maxSize;//表示数组的最大数量
    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;
        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; //指向队列尾部,指向列尾的数据(队列的最后一个数据)
    }
​
    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize - 1;
    }
​
    //判断队列是否空
    public boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }
​
    //添加数据到队列
    public void enqueue(int data){
        if(isFull()){
            System.out.println("Queue is full");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear] = data;
    }
​
    //获取队列的数据,出队列
    public int dequeue(){
        //判断队列是否为空
        if(isEmpty()){
            //通过抛出异常
            throw new RuntimeException("Queue is empty");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }
​
    //显示队列的所有数据
    public void printQueue(){
        //遍历
        if(isEmpty()){
            System.out.println("Queue is empty");
            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 front(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("Queue is empty");
        }
        return arr[front+1];
    }
}

二、环形队列

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做为约定
​
  rear的初始值 = 0
​
3、当队列满时,条件是(rear + 1) % maxSize = front【满】
​
4、对队列为空的条件,rear = front 空
​
5、有效数据个数(rear + maxSize - front) % maxSize //rear = 1 front = 0
import java.util.Scanner;
​
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //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("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(exit):退出程序");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key) {
                case 's':
                    queue.printQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输入一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.enqueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = queue.dequeue();
                        System.out.printf("输出的数据是%d\n", res);
                    }catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}
​
​
class ArrayQueue{
    private int maxSize;//表示数组的最大数量
    //指向队列的第一个元素,也就是arr[front]
    //front 的初始值 = 0
    private int front;
    //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;
    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;
        arr = new int[maxSize];
    }
​
    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }
​
    //判断队列是否空
    public boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }
​
    //添加数据到队列
    public void enqueue(int data){
        //判断队列是否满
        if(isFull()){
            System.out.println("Queue is full");
            return;
        }
        //直接将数据加入
        arr[rear] = data;
        //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 dequeue(){
        //判断队列是否为空
        if(isEmpty()){
            //通过抛出异常
            throw new RuntimeException("Queue is empty");
        }
        // 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,考虑取模
        //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 printQueue(){
        //遍历
        if(isEmpty()){
            System.out.println("Queue is empty");
            return;
        }
        //从front开始遍历
        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;
    }
​
}

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