Java数据结构与算法（数组模拟队列）

队列

普通队列

当我们将数据存入队列中时称"addQueue", addQueue处理需要有两个步骤: 思路分析

1. 将尾部指针往后移：rear+1,当front == rear 【空】
2. 若尾部指针小于列的最大下标：maxSize,则将数据存入rear所指的数据数组中，否则无法存入数据, rear == maxSize-1【队列已满】

package cn.bywind.java01;

import java.util.Scanner;

public class Queue {
    public static void main(String args[]) {
        //测试一把
        //创建一个队列
        ArrayQueue arrayQueue = 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("e(exit):退出程序");
            System.out.println("a(add):添加数据到队列");
            System.out.println("g(get):数据出队列");
            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':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
                    } catch (Exception e){
                        // TODO: handle exception
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try{
                        int res = arrayQueue.headQueue();
                        System.out.printf("队列的头的数据是%d\n", res);
                    } catch(Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e'://退出程序
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序已退出");
    }
}

//使用数组模拟队列-编写一个ArrayQueue
class ArrayQueue {
    private int maxSize; //表示数组的最大容量
    private int front; //队列的头部
    private int rear; //队列的尾部
    private int[] arr; //给数据用于存放数据，模拟队列

    //创建队列的构造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1; //指向队列头部的前一个位置,
        rear = -1; //指向队列的尾部，包含队列尾的数据
    }
    //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) {
        //1.判断队列是否满
        if(isFull()) {
            System.out.println("队列已满！，加不了数据");
            return;
        }
        //2.如果数据没有满
        rear++; //让rear后移
        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("队列为空，队列出不了数据");
        }
        front++; //front后移
        return arr[front];
    }
    //显示队列的所有数据
    public void showQueue() {
        //遍历
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("队列是空的，打印不了");
            return;
        }
        for(int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d] = %d\n", i, arr[i]);
        }
    }
    //显示队列的头部
    public int headQueue() {
        if(isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("没有头数据");
        }
        return arr[front + 1];
    }
}

运行结果

s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
s
队列是空的，打印不了
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
a
请输入一个数
10
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
s
arr[0] = 10
arr[1] = 0
arr[2] = 0
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
a
请输入一个数
20
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
s
arr[0] = 10
arr[1] = 20
arr[2] = 0
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
a
请输入一个数
30
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
s
arr[0] = 10
arr[1] = 20
arr[2] = 30
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
a
请输入一个数
40
队列已满！，加不了数据
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
h
队列的头的数据是10
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
g
取出的数据是10
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
h
队列的头的数据是20
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
s
arr[0] = 10
arr[1] = 20
arr[2] = 30
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
g
取出的数据是20
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
g
取出的数据是30
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
g
队列为空，队列出不了数据
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
a
请输入一个数
40
队列已满！，加不了数据
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据

代码是有问题的，当我们把队列的数据全取出的时候，队列为空，但再往队列中添加数据，它显示队列已满！，加不了数据。也就是数这个队列只能用一次。下面我们对这个队列进行进一步优化。

---

环形队列

问题分析并优化

1. 目前数组使用一次就不能用了，没有达到复用的效果
2. 将这个数组用算法，改进成一个环形队列的数组

核心： 取模： %

package cn.bywind.java01.com;

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试一把
        System.out.println("测试数组模拟环形队列的代码");
        CircleArray arrayQueue = new CircleArray(4); //说明设置4，其队列的有效数字为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("e(exit):退出程序");
            System.out.println("a(add):添加数据到队列");
            System.out.println("g(get):数据出队列");
            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':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
                    } catch (Exception e){
                        // TODO: handle exception
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try{
                        int res = arrayQueue.headQueue();
                        System.out.printf("队列的头的数据是%d\n", res);
                    } catch(Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e'://退出程序
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序已退出");
    }
}
class CircleArray {
    private int maxSize; //表示数组的最大容量
    private int front; //指向队列的头部的第一个元素
    private int rear; //指向队列的尾部的后一个位置
    private int[] arr; //给数据用于存放数据，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;
    }
    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }
    //添加数据到队列
    public void addQueue(int n) {
        //1.判断队列是否满
        if(isFull()) {
            System.out.println("队列已满！，加不了数据");
            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("队列为空，队列出不了数据");
        }
        //这里需要分析出front是指向队列的第一个元素
        //1.先把front对应的保存到一个临时变量中
        //2.将front后移,取模
        //3. 将临时保存的变量返回
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }
    public void showQueue() {
        //遍历
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("队列是空的，打印不了");
            return;
        }
        //思路: 从front开始遍历，遍历对少个元素
        //
        for(int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d] = %d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }
    //求出当前队列的有效数据的个数
    public int size() {
        //rear = 1
        //front = 0
        // maxSize = 3
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }
    //显示队列的头部
    public int headQueue() {
        if(isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列头为空, 没有头数据");
        }
        return arr[front];
    }
}

运行结果

测试数组模拟环形队列的代码
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
s
队列是空的，打印不了
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
a
请输入一个数
10
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
s
arr[0] = 10
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
a
请输入一个数
20
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
s
arr[0] = 10
arr[1] = 20
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
a
请输入一个数
30
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
a
请输入一个数
40
队列已满！，加不了数据
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
g
取出的数据是10
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
s
arr[1] = 20
arr[2] = 30
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
a
请输入一个数
30
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
s
arr[1] = 20
arr[2] = 30
arr[3] = 30
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据
h
队列的头的数据是20
s(show):显示队列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
g(get):数据出队列
h(head):查看队列头的数据

sam_liu