数据结构之队列

队列

    • 使用场景
    • 介绍
    • 数组模拟队列思路
    • 代码
    • 截图
    • 问题分析并优化

使用场景

数据结构之队列_第1张图片

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)

    数据结构之队列_第2张图片

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 和 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:

数据结构之队列_第3张图片

  • 当我们将数据存入队列称为"addQueue",addQueue 的处理需要两个步骤:
      1. 将尾指针往后移:rear + 1,,当 front == rear 【空】
      2. 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2,否则无法存入数据,rear == maxSize - 1 【队列满】

代码

package cn.tedu.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * @author keke
 * @version 1.0
 * @className ArrayQueueDemo
 * @description
 * @time 2023/5/29 21:59
 */
public class ArrayQueueDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个队列
        ArrayQueue<Integer> arrayQueue = 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");
            System.out.print("请输入菜单首字母:");
            key = scanner.next().charAt(0);
            switch (key){
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.print("请输入一个数:");
                    arrayQueue.addQueue(scanner.nextInt());
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        System.out.println("取出的数据是:" + arrayQueue.getQueue());
                    } catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        System.out.println("队列头的数据是:" + arrayQueue.headQueue());
                    } catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出");
    }
}

// 使用数组模拟队列
class ArrayQueue<T>{

    /**
     * 数组的最大容量
     */
    private final int maxSize;

    /**
     * 队列头
     */
    private int front;

    /**
     * 队列尾
     */
    private int rear;

    /**
     * 用于存放数据,模拟队列
     */
    private T[] arr;

    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        arr = (T[]) new Object[maxSize];
        // 指向队列头部,分析出 front 是指向队列头的前一个位置
        front = -1;
        // 指向队列尾,指向队列尾的数据,即就是队列最后一个数据
        rear = -1;
    }

    /**
     * 判断队列是否满
     */
    public boolean isFull() {
        return rear == maxSize - 1;
    }

    /**
     * 判断队列是否为空
     *
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    /**
     * 添加数据到队列
     *
     * @param n
     */
    public void addQueue(T n) {
        // 判断队列是否满
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列满,不能加入数据");
            return;
        }
        // 让 rear 后移
        arr[++rear] = n;
    }

    /**
     * 获取队列的数据,出队列
     * @return
     */
    public T getQueue() {
        // 判断队列是否为空
        if (isEmpty()) {
            // 通过异常抛出
            throw new RuntimeException("队列空,不能取数据");
        }
        // 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("队列空的,没有数据");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
        	if (arr[i] == null) {
                return;
            }
            System.out.printf("arr[%d] = %s\n", i, arr[i]);
        }
    }

    /**
     * 显示队列的头部,注意不是取出数据
     *
     * @return
     */
    public T headQueue() {
        // 判断
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空的,没有数据");
        }
        return arr[front + 1];
    }

}

截图

数据结构之队列_第4张图片

问题分析并优化

  • 目前数组使用一次就不能用,没有达到复用的效果
  • 将这个数组使用算法,改进成一个环形队列 取模:%

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