java数组模拟实现队列
总结自视频 尚硅谷Java数据结构与java算法，韩顺平数据结构与算法
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
- 示意图: (使用数组模拟队列示意图)
数组模拟队列思路
➢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。
➢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会随着数据输出而改变，而rear 则是随着数据输入而改变，如图所示:
➢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 队列空
- 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：
package cn.outakuyu.queue;
/*
*数组实现队列
* */
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo
{
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("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("请输入一个数");
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){
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){
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; //表示数组的最大容量
private int front; //指向队列头
private int rear; //指向队列尾
private int[] arr; //模拟数组，用于存放数据
//创建队列的构造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize){
maxSize=arrMaxSize;
arr=new int[maxSize];
front=-1;//指向队列头的前一个位置，最初数组无数据，指向-1
rear=-1; //执行最后一个数据
}
//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++;//rear后移
arr[rear]=n;
}
//获取队列的数据，出队列
public int getQueue(){
//判断队列是否空
if(isEmpty()){
//通过抛出异常来处理,throw会导致代码return，所以这里不需要return
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
front++; //front后裔
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，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
public int headQueue(){
//判断空
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
}
return arr[front+1];
}
}
该方式问题分析并优化：
1)目前数组使用一次就不能用，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取模: % .
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)
➢分析说明:
- 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，这个在做判断队列满的时候需要注意
(rear + 1) % maxSize == front时表示满 - rear == front [空]
- 分析示意图:
思路如下:
- 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 - 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 - 当队列满时，条件是 (rear +1) % maxsize == front
- 对队列为空的条件，rear== front
- 当我们这样分析，队列中有效的数据的个数为
(rear + maxSize - front) % maxSize - 我们就可以在原来的队列上修改得到一个环形队列
代码实现：
package cn.outakuyu.queue;
import java.util.Scanner;
/*
* 实现环形数组队列
* */
public class CircleArrayQueueDemo
{
public static void main(String[] args)
{
//创建一个环形队列
CircleArray queue = new CircleArray(4);
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):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("请输入一个数");
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)
{
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)
{
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; //表示数组的最大容量
private int front; //指向队列的第一个元素，初始值=0
private int rear; //指向队列的最后一个元素的后一个位置，因为希望空出一个作为约定。初始值=0
private int[] arr; //模拟数组，用于存放数据
public CircleArray( int arrMaxSize){
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty(){
return rear==front;
}
//判断队列是否满
public boolean isFull(){
return (rear+1)%maxSize==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
rear=(rear+1)%maxSize;
}
//获取队列的数据，出队列
public int getQueue(){
//判断队列是否空
if(isEmpty()){
//通过抛出异常来处理,throw会导致代码return，所以这里不需要return
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
//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,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 showQueue(){
//遍历
if(isEmpty()){
System.out.println("队列空，没有数据~~");
return;
}
//思路：从front开始遍历，遍历多少个元素
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(){
//比如：rear=1 front=0 maxSize=3
return (rear+maxSize-front)%maxSize;
}
//显示队列的头数据
public int headQueue(){
//判断空
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
}
return arr[front];
}
}