数据结构和算法(第三章队列)

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：
例如：随着人工智能的不断发展，机器学习这门技术也越来越重要，很多人都开启了学习机器学习，本文就介绍了机器学习的基础内容。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、队列的使用场景(先进先出)及介绍

队列（银行排队叫号系统）：队列是一个有序列表，可以用数组（顺序存储）和链表(链式存储)来实现
原则：先入先出，先存入队列的数据，要先取出

力扣小练：(队列先进先出，栈先进后出)
https://leetcode-cn.com/problems/implement-stack-using-queues/

二、数组模拟队列

1.数组模拟队列分析

2.将数据存入队列思路分析

3.使用数组模拟队列编写一个ArrayQueue类

代码如下（示例）：

class ArrayQueue{
    private int maxSize;//表示数组最大容量
    private int front;//队列头
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//该数据用于存放数据，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，分析出front是指向队列头的前一个位置
        rear=-1;//指向队列尾部，分析出rear是指向队列尾的数据（即队列的最后一个位置）
    }
    //判断队列是否空
    public boolean isEmpty(){
        return rear==front;
    }
    //判断队列是否满
    public boolean isFull(){
        return rear==maxSize-1;
    }
    //添加数据到队列(a)
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否满
        if(isFull()){
           System.out.println("队列已经满啦，不能再添加数据啦！");
        }
        //没满，添加数据
        rear++;
        arr[rear]=n;
    }
    //获取队列的数据，出队列(g)
    public int getQueue(){
        //判断队列是否为空
        if(isEmpty()){
            //通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
        }
        //取数据
        front++;//front后移
        return arr[front];
    }
    //显示队列的所有数据(s)
    public void showQueue(){
        //遍历
        //如果队列为空
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        for(int i=0;i<arr.length;i++){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
        }
    }
    //显示队列的头数据，注意不是取出数据(h)
    public int headQueue(){
        //如果队列为空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，没有数据");
        }
        return arr[front+1];
    }
}

三、数组模拟环形队列

上面一中，数组模拟队列有很大问题，当数据取出来后，队列头部和尾部都上去拉，底下空间无有效数据拉，但是还用不了，因为上面的队列不是一个环形队列，所以要将其优化

1.数组模拟环形队列思路分析

环形队列中有效数据的个数：(rear+maxSize-front)%maxSize 个

2.数组模拟环形队列代码

代码如下（示例）：

class ArrayQueue1{
    private int maxSize;//表示数组最大容量
    //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 = 0
    private int front;//队列头
    //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
    private int rear;//队列尾
    private int[] arr;//该数据用于存放数据，模拟队列
    //创建队列的构造器
    public ArrayQueue1(int arrMaxSize){
        maxSize=arrMaxSize;
        arr=new int[maxSize];
        front=0;
        rear=0;
    }
    //判断队列是否空
    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(a)
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否满
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已经满啦，不能再添加数据啦！");
        }
        //因为rear本身就指向后一个元素，所以直接将数据加入就可以啦
        arr[rear]=n;
        //将rear后移，这里必须考虑取模
        rear=(rear+1)%maxSize;//按以前那种，数组可能越界
    }
    //获取队列的数据，出队列(g)
    public int getQueue(){
        //判断队列是否为空
        if(isEmpty()){
            //通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
        }
        //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)，直接返回的话，front就没有往后移的机会啦
         * 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(s)
    public void showQueue(){
        //遍历
        //如果队列为空
        if(isEmpty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据");
            return;
        }
        /*
        //这样写是把这个数组打印出来，有可能前面数据已经被取啦，打出来无意义
        for(int i=0;i
        /**
         * 思路：从front开始遍历，遍历多少个元素
         *     环形队列元素一共有：(rear+maxSize-front)%maxSize 个
         */
     for(int i=front;i<front+(rear+maxSize-front)%maxSize;i++){
            //这个时候的数组下表应该为：i%maxSize
            //这个时候的数组元素应该为：arr[i%maxSize]
         System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }
    //显示队列的头数据，注意不是取出数据(h)
    public int headQueue(){
        //如果队列为空
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空，没有数据");
        }
        return arr[front];
    }
}

3.数组模拟环形队列小练

https://leetcode-cn.com/problems/design-circular-queue/

总结

提示：这里对文章进行总结：
例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了pandas的使用，而pandas提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。