Java数据结构与算法——稀疏数组和队列

先认识一下线性结构和非线性结构的区别。

线性结构和非线性结构

线性结构

1. 线性结构作为最常用的数据结构，其特点是数据元素之间存在一对一的线性关系
2. 线性结构有两种不同的存储结构，即顺序存储结构和链式存储结构。顺序存储的线性表称为顺序表，顺序表中的存储元素是连续的
3. 链式存储的线性表称为链表，链表中的存储元素不一定是连续的，元素节点中存放数据元素以及相邻元素的地址信息
4. 线性结构常见的有：数组、队列、链表和栈。

非线性结构

非线性结构包括：二维数组，多维数组，广义表，树结构，图结构

下面就是最简单的稀疏数组和队列了！

稀疏数组

这时就应该用稀疏数组解决，思路如下！

代码实现

public class SparseArray {

    public static void main(String[] args) {

        int[][] chessArr1 = new int[11][11];
        chessArr1[1][2] = 1;
        chessArr1[2][3] = 2;
        chessArr1[5][6] = 2;

        System.out.println("原始二维数组！");

        for (int[] row : chessArr1) {
            for (int data : row) {
                System.out.printf("%d\t", data);
            }
            System.out.println();
        }
        //1. 遍历  原始的二维数组，得到有效数据的个数 sum
        int sum = 0;
        for (int[] row : chessArr1) {
            for (int data : row) {
                if (data != 0) {
                    sum++;
                }
            }
        }
        //2. 根据sum 就可以创建 稀疏数组 sparseArr   int[sum + 1] [3]
        int[][] sparseArr = new int[sum + 1][3];
        //3. 将二维数组的有效数据数据存入到 稀疏数组
        sparseArr[0][0] = 11;
        sparseArr[0][1] = 11;
        sparseArr[0][2] = sum;

        int count = 0;
        for (int i = 0; i < 11; i++) {
            for (int j = 0; j < 11; j++) {
                if (chessArr1[i][j] != 0){
                    count++;
                    sparseArr[count][0] = i;
                    sparseArr[count][1] = j;
                    sparseArr[count][2] = chessArr1[i][j];
                }
            }
        }

        //输出稀疏数组
        System.out.println();
        System.out.println("得到的稀疏数组为-----");
        for (int i = 0; i < sparseArr.length; i++) {
            System.out.printf("%d\t%d\t%d\t\n",sparseArr[i][0],sparseArr[i][1],sparseArr[i][2]);
        }


        //1. 先读取稀疏数组的第一行，根据第一行的数据，创建原始的二维数组，比如上面的  chessArr2 = int [11][11]
        int[][] chessArr2= new int[sparseArr[0][0]][sparseArr[0][1]];
        //2. 在读取稀疏数组后几行的数据，并赋给 原始的二维数组 即可.
        for (int i = 1; i < sparseArr.length; i++) {
            chessArr2[sparseArr[i][0]][sparseArr[i][1]] = sparseArr[i][2];
        }
        System.out.println();
        System.out.println("恢复后的二维数组------");
        for (int[] row : chessArr2) {
            for (int data : row) {
                System.out.printf("%d\t", data);
            }
            System.out.println();
        }

    }
}

队列

队列介绍

队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。
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

缺点：数组不能循环使用！

示意图：(使用数组模拟队列示意图)

代码实现：

public class ArrayQueueTest {

    public static void main(String[] args) {

        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        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("输出一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g': //取出数据
                    try {
                        int res = queue.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': //查看队列头的数据
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e': //退出
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }

        System.out.println("程序退出~~");
    }

}



//使用数组模拟队列
class ArrayQueue {

    private int maxSize;
    private int front;//队列头
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//用于存放数据，即模拟队列


    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; //指向队列尾部的最后一个数据
    }


    //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，不能插入数据！");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear] = n;
    }

    //获取队列的数据
    public int getQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据！");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列空，没有数据");
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d",i,arr[i]);
        }
    }

    //显示队列的第一个数据
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
        }
        return arr[front+1];
    }

}

数组模拟环形队列

数组可以循环使用！

示意图：(使用数组模拟环形队列示意图)

代码实现：

public class CircleArrayQueueTest {

    public static void main(String[] args) {

        CircleArray queue = new CircleArray(4);//有效数据只有3
        char key = ' ';
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        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("输出一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g': //取出数据
                    try {
                        int res = queue.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': //查看队列头的数据
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e': //退出
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }

        System.out.println("程序退出~~");
    }

}


//使用数组模拟队列
class CircleArray {

    private int maxSize;
    private int front;//队列头//指向队列头部的第一个位置
    private int rear;//队列尾//指向队列尾部的最后一个数据的后一个位置
    private int[] arr;//用于存放数据，即模拟队列


    public CircleArray(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，不能插入数据！");
            return;
        }
        arr[rear] = n;
        //将rear后移,必须考虑取模
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    //获取队列的数据
    public int getQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据！");
        }
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }

    //显示队列的所有数据
    public void showQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空，没有数据");
        }
        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个数
    public int size() {
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

    //显示队列的第一个数据
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
        }
        return arr[front];
    }

}