数据结构---循环队列与循环双端队列的实现（Java实现）

目录

分析如何设计循环队列

如何区分循环队列的满与空？

实现循环队列 

了解双端队列Deque

️循环双端队列的实现

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分析如何设计循环队列

队列的底层用双向链表实现，因为使用双向链表保证了入队列和出队列的时间复杂度都达到O(1)，那能否使用一段连续的空间实现呢？当然可以，先分析用普通的数组对其实现进行分析，看看会出现哪些问题？

用front标记对头元素，进行出队列，用rear标记队尾后的空位置，进行入队列

入队列操作：直接在rear标记的位置进行插入，再进行rear++，时间复杂度为O(1)

出队列操作：有两种实现方式
方式1：将front位置的元素出队列后，front位置不变，将front后面的元素都向前搬移一个长度，时间复杂度O(n)
方式2：将front位置元素出队列后，再进行front++，时间复杂度O(1)，但是会有一个问题，造成空间的假溢出

为了解决上述空间的假溢出问题，使用循环数组来实现循环队列，所谓循环数组，就是数组尾部标记往后再走的话就走到数组头部了

为了更好的理解循环队列，我们这样画图表示：

但是这样会出现一个问题：发现当rear与front在同一位置时，有两种状态，队列满，队列空，那么如何判断队列满与队列空❓

思考怎么区分队列满与队列空

如何区分循环队列的满与空？

有三种办法来区分循环队列的满与空

方法一：使用count来标记队列中元素的个数，当count为0说明队列为空，当count等于数组的长度时说明队列已经满了
方法二：预留一个空位置，也就是当队列还有一个空位置的时候，认为该循环队列已经满了

⚡方法三：使用一个标记flag，初始时设置为false，每入队一个元素将flag设置为true

对比上述三种实现方式，使用count记录队列元素的个数辨识度更高 ，所以后续在实现的时候就使用count标记来判断队列的空与满

实现循环队列 

循环队列的成员变量：

    private E[] array;
    private int front; //标记队列头，进行出队列
    private int rear; //标记队列尾，进行入队列
    private int count; //队列中元素个数，用来区分队列满与空
    private int N; //数组的长度

循环队列的构造方法：

    public MyCircularQueue(){
        array = (E[])new Object[10];
        N = array.length;
    }

入队列操作：

1. 如果队列已经满了，返回false
2. 否则在队尾位置直接插入元素，count++，队尾标记rear往后走一个
3.  如果rear走到N，则将rear置为0，从头开始继续

    public boolean enQueue(E val){
        if(isFull()){
            return false;
        }
        array[rear] = val;
        rear++;
        if(rear == N){
            rear = 0;
        }
        count++;
        return true;
    }

出队列操作：

1. 如果队列已经为空，则返回false
2. 否则直接将count--，front++
3. 如果front走到N的位置，将front置为0，从头开始，与上述类似

    public boolean deQueue(){
        if(isEmpty()){
            return false;
        }
        count--;
        front++;
        if(front == N){
            front = 0;
        }
        return true;
    }

获取队尾元素：

如果队列为空抛出异常，否则直接返回rear前一个位置的元素，因为rear标记的是队尾的空位置，对rear的处理有两种情况，所以要对两种情况统一处理，获取(rear-1+N)%N位置元素

    public E rear(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        return array[(rear-1+N)%N];
    }

获取对头元素：

如果队列为空，则抛出异常，否则直接返回front位置元素，因为front标记的是队头元素

    public E front(){
        if(isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
        return array[front];
    }

判断队列是否为空：

比较count==0

    public boolean isEmpty(){
        return count==0;
    }

判断是否队列已经满了： 

比较count==N

    public boolean isFull(){
        return count==N;
    }

了解双端队列Deque

Deque是一个接口，底层也是用LinkedList实现的，双端队列指队列的两端都可以进行入队列和出队列操作

️循环双端队列的实现

循环双端队列，与循环队列的实现大同小异，只不过是在队列头多了入队列操作，在队列尾多了出队列操作

注意：

在循环队列中，front标记对头元素，rear标记队尾空位置
在循环双端队列中，front标记队头空位置，rear标记队尾元素 

循环双端队列的成员变量：

    int[] array;
    int rear; //队尾
    int front; //队头
    int count; //队列中元素个数
    int N; //数组长度

循环双端队列的构造方法：

    public MyCircularDeque() {
        array = new int[10];
        N = array.length;
    }

队列头部插入：

1. 如果队列已经满了，直接返回false
2. 否则在front位置直接插入元素，然后front--，count++
3. 如果front当前为0，front--直接就为-1，所以要进行(front+N)%N计算更新front

    public boolean insertFront(int value) {
        if(isFull()){
            return false;
        }
        array[front] = value;
        count++;
        front--;
        front = (front+N)%N;
        return true;
    }

队列尾部插入：

1. 如果队列为空，则直接返回false
2. 否则在rear+1位置插入元素，如果rear+1等于数组长度时，需要置0，所以进行rear%N操作
3. 插入后count++ 

    public boolean insertLast(int value) {
        if(isFull()){
            return false;
        }
        rear++;
		rear %= N;
		array[rear] = value;
		count++;
		return true;
    }

队列头部删除：

1. 如果队列为空，直接返回false
2. 否则将front往后走一个位置，如果走到N的位置，则需要将front重新置0，所以(front+1)%N
3. 删除完，count-- 

    public boolean deleteFront() {
        if(isEmpty()){
            return false;
        }
        front = (front+1)%N;
        count--;
        return true;
    }

队列尾部删除：

1. 如果队列为空，则直接返回false
2. 否则rear往前走一个位置，如果走到-1，则要将rear置为末尾，所以(rear-1+N)%N
3. 删除后，count--

    public boolean deleteLast() {
        if(isEmpty()){
            return false;
        }
        rear = (rear-1+N)%N;
        count--;
        return true;
    }

获取队头元素：

1. 如果队列为空，则返回-1
2. 否则返回front下一个位置的元素，如果front下一个位置为N，则将front置为0，所以(front+1)%N
3. 返回array[(front+1)%N] 

    public int getFront() {
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
        return array[(front+1)%N];
    }

获取队尾元素：

1. 如果队列为空，则直接返回-1
2. 直接返回rear位置的元素 

    public int getRear() {
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
        return array[rear];
    }

判断队列是否为空：

直接判断count==0 

    public boolean isEmpty() {
        return count==0;
    }

判断队列是否已经满了： 

直接判断count==N 

    public boolean isFull() {
        return count==N;
    }