数据结构与算法6-队列

目录

队列的定义

队列的特点

队列的分类

队列的操作分类

队列的实现方式

循环队列

优先队列

阻塞队列

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队列的定义

队列是一种特殊的线性表，它的特殊之处在于，只允许在前端进行删除操作，只允许在后端进行插入操作，和栈一样，队列是一种存在限制的线性表，进行插入操作的那一端称为队尾，进行删除操作的那一端称为队首，当队列中没有任何元素时，称为空队列

在队列中插入一个元素，叫做入队，在队列中删除一个元素，称为出队，因为队列只允许一端删除一端插入，所以最早入队的，也是最早出队的，先进先出，FIFO，first in first out，和栈是相反的

如果很难理解，就想像一下排队买饭，早来的早买饭，晚来的排队等着晚买饭（别犟，给我搞什么插队，这不是过家家）

另外，既然是线性表，意味着可以用数组和链表实现，所以说，数组和链表这俩是真的挺重要的

队列的特点

线性表

先进先出

队列的分类

顺序队列：只能在一端插入数据，另一端删除数据

循环队列：每一端都可以插入数据和删除数据

队列的操作分类

队列像栈一样，只有入队和出队

队列和栈很相似，都受限，当然，也都有存在的必要性，限制也是为了某种程度上安全

队列的实现方式

/**
 * @author create by YanXi on 2022/9/9 15:34
 * @email [email protected]
 * @Description: 数组实现队列
 */
public class MyArrayQueue {
    // 数据
    private int data[];
    // 头参数位置
    private int head = 0;
    // 尾参数位置
    private int tail = 0;
    // 大小
    private int dataSize = 0;

    public MyArrayQueue(int initSize) {
        data = new int[initSize];
        dataSize = initSize;
    }

    /**
     * @Description: 入队列
     * @Author: create by YanXi on 2022/9/9  22:09
     * @Email: [email protected]
     *
     * @param pam 要插入的元素
     * @exception 
     * @Return: void
    */
    public void push(int pam) {
        // 当尾结点等于队列长度，说明队列满了
        if (tail == dataSize) {
            return;
        }
        data[tail] = pam;
        tail++;
    }
    
    /**
     * @Description: 出队
     * @Author: create by YanXi on 2022/9/9  22:16
     * @Email: [email protected]
     *
     * @param 
     * @exception 
     * @Return: int 返回的值，如果是-1说明队列为空
    */
    public int pop() {
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        int result = data[head];
        head++;
        return result;
    }

    /**
     * @Description: 判断队列是否为空
     * @Author: create by YanXi on 2022/9/9  22:17
     * @Email: [email protected]
     *
     * @param 
     * @exception 
     * @Return: boolean
    */
    public boolean isEmpty() {
        return head == tail;
    }
    
}

代码写出来就是这样的，是不是比较明白？

如果不明白的话，想一下这个道理，入队的时候，从尾部入，出队从头部出，结合代码，入队的时候尾部增加，tail增加，出队的时候，head出，head增加，不就是先入先出么

当然，细心的，会发现这段代码有个问题，那就是空间只能用一次，头往后，尾往后，总会到底的，到最后队列没存东西，但是位点已经到头了

有想法的，可能会第一时间想到，每次出队列，那就往前移动，不过这样的话，时间复杂度就从O(1) 变成了O(n)

换一个实现当然可以，但是不能每次都换方案实现，可以想想怎么解决

提供一个思路，我们在入队的时候，因为需要判断空间，所以，我们可以在判断空间的时候，如果没空间了，我们再整体前移

当然，这样的话，出队不受影响，但是入队的时候，最好的情况下，时间复杂度是O(1)，最坏的情况下是O(n)

不过，没空间意味着n-1都是O(1)的复杂度，所以，只有一次时间复杂度是O(n)，算下来性能也是很高的

当然，我们这是用数组实现的，用链表实现也是差不多的，只不过链表在内存中的访问不如数组快

循环队列

循环队列先第一个问题，怎么判断队列满了？

如果你想到了头或者尾加减判断，那么恭喜，不得行，因为存在队列容量没满的情况

有一种比较简单高效的办法，那就是再给队列增加一个属性，当前队列已经存了多少个元素，当队列已经存储的元素等于队列容量的时候，说明已经满了

还有一个办法，那就是 (tail位置+1)%长度=head位置

我画一幅草图来表示，蓝色代表位点，绿色代表存储的元素

是不是能证明这个公式是对的

注意，循环链表这样的话，入队操作需要改一下

    public void push(int pam) {
        // 判断队列是否满了
        if ((tail + 1)% dataSize == head) {
            return;
        }
        data[tail] = pam;
        // 这儿tail的下标不能采用++的方式，而应该采用取模的方式，这样可以保证不会越界，并且到头了，前面如果为空，可以再放回前面位置
        tail = (tail + 1) % dataSize;
    }

将tail的下标计算改成这样之后，就不用再考虑扩容的问题

优先队列

优先级队列，最明显的就是会员优先级大于普通用户

实现的话，我们只要入队的时候做一个判断，做一个排序就好

阻塞队列

所谓阻塞队列，也很好理解，如果消费的时候，没有数组，那就阻塞，等着，直到有了数据，如果入队满了，也一直阻塞，等着，等着队列里有空间为止

要实现阻塞队列其实也简单，入队出队做个判断就好了，结合我们线程的知识

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队列是一个很重要的数据结构，这种生产消费方式，在实际使用中十分广泛，并且为各个场景提供了解决方案

在实际使用中，一定要合理利用队列的特点和形式