java 数据结构与算法——数组模拟队列

java 数据结构与算法——数组模拟队列

队列介绍：

数组模拟队列：

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上图，其中maxSize是该队列的最大容量
2）因为队列的输入、输出是分别前后端来处理，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

思路分析如下：

1）将尾指针往后移：rear+1，当front == rear 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。rear==maxSize-1 队列满

import java.util.Scanner;

public class ArrayQueueDemo {

	public static void main(String[] args) {
		
		ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
		char key = ' ';
		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");
				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("对列的数据是%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");
	}
	
}
//使用数组模拟队列编写一个ArrayQueue类
	class ArrayQueue{
		private int maxSize;//表示最大容量
		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
		
		//创建队列的构造方法
		public ArrayQueue(int arrayMaxSize) {
			maxSize = arrayMaxSize;
			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，指向队列尾的数据（即就是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("队列已满，不能添加数据");
				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()) {
				//通过抛出异常
				throw new RuntimeException("对列空，不能取数据");
			}
			front++;
			return arr[front];
		}
		//显示队列所有数据
		public void showQueue() {
			//遍历
			if (isEmpty()) {
				System.out.println("对列为空，没有数据");
				return;
			}
			for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
				System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
			}
		}
		//显示队列头数据但不取出数据
		public int headQueue() {
			if (isEmpty()) {
				throw new RuntimeException("队列为空，没有数据");
			}
			return arr[front+1];
		}
	}

不足是，这样模拟队列数组只能用一次，取出数据后不能再次使用。

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。因此将数组看作是一个环形的。（通过取模的方式来实现即可）

分析说明

1）尾索引的下一个为头索引是表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定，这个再做判断队列满的时候需要注意（rear+1）%maxSize == front 时为队列满
2} rear == front 时为队列空

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemo {

	public static void main(String[] args) {

		CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(4);
		char key = ' ';
		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");
				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("对列的数据是%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");
	}
}

//使用数组模拟队列编写一个ArrayQueue类
class CircleArrayQueue {
	private int maxSize;// 表示最大容量
	//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]就是队列的第一个元素
	//front的初始值为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，因为希望空出一个空间作为约定
	//rear的初始值为0
	private int rear;// 队列尾
	private int[] arr;// 该数组用于存放数据，模拟队列

	// 创建队列的构造方法
	public CircleArrayQueue(int arrayMaxSize) {
		maxSize = arrayMaxSize;
		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("队列已满，不能添加数据");
			return ;
		}
		//直接将数据加入
		arr[rear] = n;
		//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()) {
			// 通过抛出异常
			throw new RuntimeException("对列空，不能取数据");
		}
		//这里需要分析出forn指向队列的第一个元素
		//1.先把front对应的值保留在一个临时变量中
		int value = arr[front];
		//2.将front后移，考虑取模
		front = (front+1)%maxSize;
		//3.将临时保存的变量返回
		return value;
		
		
	}

	// 显示队列所有数据
	public void showQueue() {
		// 遍历
		if (isEmpty()) {
			System.out.println("对列为空，没有数据");
			return;
		}
		for (int i = front; i < front+size(); i++) {
			System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i%maxSize, arr[i%maxSize]);
		}
	}
	//求出当前队列元素的个数
	public int size() {
		return (rear+maxSize-front)%maxSize;
	}

	// 显示队列头数据但不取出数据
	public int headQueue() {
		if (isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("队列为空，没有数据");
		}
		return arr[front];
	}
}