java面向对象的栈 队列 优先级队列的比较

Posted 2020-10-08 iwebkit

　　栈 队列 有序队列数据结构的生命周期比那些数据库类型的结构(比如链表，树)要短得多。在程序操作执行期间他们才被创建，通常用他们去执行某项特殊的任务；当完成任务之后，他们就会被销毁。这三个数据结构还有一个特点就是访问是受到限制的，即在特定时刻只有一个数据项可以被读取或者被删除，但是所谓的移除并不是真的删除，数据项依然在这些数据结构中，只不过因为指针已经指向其他数据项，没有办法访问到，当添加新的数据项时，当初移除的数据项被替代从而永远消失。

 

栈 队列 优先级队列的模拟思想

　　1.栈：栈遵循先进后出(FILO)模式最后插入的数据项最先被移除，而且只能访问最后的数据项，只有当移除这个数据项之后才能访问倒数第二项的数据项。

　　2.队列：队列遵循先进先出(FIFO)模式首先被插入的数据项最先被移除，而且只能访问访问第一个数据项，只有当移除这个数据项之后才能访问第二项的数据项。特别的为了避免队列不满却不能插入新数据项，可以让队头队尾指针绕回到数组开始的位置，这就是循环队列。

　　3.优先级队列：优先级队列和队列的特性相同有队头和队尾，除此之外在优先级队列中，数据项按关键字的值有序，这样关键字最小的数据项或最大的数据项(视情况而定)总是在队头，数据项插入的时候会按照顺序插入到合适的位置以确保队列的顺序。

 

栈 队列 优先级队列的效率

　　栈：插入操作需要O(1),删除操作需要O(1)。

　　队列：插入操作需要O(1),删除操作需要O(1)。

　　优先级队列：插入操作需要O(N),删除操作需要O(1)。

 

栈 队列 优先级队列的指针

　　栈：top= -1。

　　队列：rear = -1， front = 0。

　　优先级队列：nItems = 0。

 

 栈 队列 优先级队列的java代码

 

栈

package sy;

import sy.Stack;

class Stack{
    //定义栈长度
    private int maxSize;
    //定义栈
    private long[] stackArray;
    //定义栈指针
    private int top;
    //定义构造方法
    public Stack(int n){
        maxSize = n;
        stackArray = new long[maxSize];
        top = -1;
    }
    //定义插入方法
    public void push(long n){
        //栈长度先增加，再向栈中压入数据
        stackArray[++top] = n;
    }
    //定义删除方法
    public long pop(){
        //先向栈中压入数据，栈长度再减少
        return stackArray[top--];
    }
    //定义查找方法
    public long peek(){
        return stackArray[top];
    }
    //定义查空方法
    public boolean isEmpty(){
        return (top == -1);
    }
    //定义查满方法
    public boolean isFull(){
        return (top == maxSize - 1);
    }
}
public class App {
    public static void main(String[] args){
        Stack theStack = new Stack(10);
        theStack.push(20);
        theStack.push(40);
        theStack.push(60);
        theStack.push(80);        
        
        while(!theStack.isEmpty())
        {
            long value = theStack.pop();
            System.out.print(value);
            System.out.print(" ");
            
        }
        System.out.println("");
    }
}

 

队列(带nItems)

package sy;

class Queue{
    //定义队列长度
    private int maxSize;
    //定义队列
    private long[] queArray;
    //定义队首指针
    private int front;
    //定义队尾指针
    private int rear;
    //定义数据项个数
    private int nItems;
    
    //定义构造方法
    public Queue(int n){
        maxSize = n;
        queArray = new long[maxSize];
        front = 0;
        rear = -1;
        nItems = 0;
    }
    //定义插入方法
    public void insert(long n){
        //判断是否循环至队首
        if(rear == maxSize - 1)
        {
            rear = -1;
        }
        //先自增再赋值
        queArray[++rear] = n;
        nItems++;    
    }
    //定义删除方法
    public long remove(){
        //先赋值在自增
        long temp = queArray[front++];
        //判断是否循环至队首
        if(front == maxSize)
        {
            front = 0;
        }
        nItems--;
        return temp;
    }
    //定义查找首项方法
    public long peekFront(){
        return queArray[front];
    }
    
    public boolean isEmpty(){
        return (nItems == 0);
    }
    
    public boolean isFull(){
        return (nItems == maxSize);
    }
    
    public int size(){
        return nItems;
    }
}


public class App {
    public static void main(String[] args){
        Queue theQueue = new Queue(5);
        
        theQueue.insert(10);
        theQueue.insert(20);
        theQueue.insert(30);
        theQueue.insert(40);
        theQueue.remove();
        theQueue.remove();
        theQueue.remove();
        theQueue.insert(50);
        theQueue.insert(60);
        theQueue.insert(70);
        theQueue.insert(80);
        
        while(!theQueue.isEmpty())
        {
            long n = theQueue.remove();
            System.out.print(n);
            System.out.print(" ");
            
        }
        System.out.print("");
        
    }
}

注意：insert()和remove方法中分别递增和递减了nItems，当处理大量的插入和移除操作的时候，就会影响性能。

 

队列(没有nItems)

package sy;

//import aa.Queue;

class Queue{
    //定义队列长度
    private int maxSize;
    //定义队列
    private long[] queArray;
    //定义队首指针
    private int front;
    //定义队尾指针
    private int rear;
    
    //定义构造方法
    public Queue(int n){
        //这里最大值要加一
        maxSize = n + 1;
        queArray = new long[maxSize];
        front = 0;
        rear = -1;
    }
    //定义插入方法
    public void insert(long n){
        //判断是否循环至队首
        if(rear == maxSize - 1)
        {
            rear = -1;
        }
        //先自增再赋值
        queArray[++rear] = n;    
    }
    //定义删除方法
    public long remove(){
        //先赋值在自增
        long temp = queArray[front++];
        //判断是否循环至队首
        if(front == maxSize)
        {
            front = 0;
        }
        return temp;
    }
    //定义查找首项方法
    public long peekFront(){
        return queArray[front];
    }
    
    public boolean isEmpty(){
        return (rear + 1 == front || (front + maxSize - 1 == rear));
    }
    
    public boolean isFull(){
        return (rear + 2 == front || (front + maxSize - 2 == rear));
    }
}


public class App {
    public static void main(String[] args){
        Queue theQueue = new Queue(5);
        
        theQueue.insert(10);
        theQueue.insert(20);
        theQueue.insert(30);
        theQueue.insert(40);
        theQueue.remove();
        theQueue.remove();
        theQueue.remove();
        theQueue.insert(50);
        theQueue.insert(60);
        theQueue.insert(70);
        theQueue.insert(80);
        
        while(!theQueue.isEmpty())
        {
            long n = theQueue.remove();
            System.out.print(n);
            System.out.print(" ");
            
        }
        System.out.print("");
        
    }    
}

 

优先级队列

package aa;

import java.io.IOException;
//在这个队列中小的在后，队列有大到小排列，这里只能访问最后一个数据项
class Priority{
    private int maxSize;
    private long[] queArray;
    private int nItems;
    
    public Priority(int s){
        maxSize = s;
        queArray = new long[maxSize];
        nItems = 0;
    }
    
    public void insert(long i){
        //定义一个临时变量
        int j;
        //判断数据项是否为零
        if(nItems == 0)
        {
            //如果为零插入数据，数据项增加
            queArray[nItems++] = i;
        }
        else
        {
            //数据项从后往前遍历，注意j>=0
            for(j = nItems - 1; j >= 0; j--)
            {
                //判断插入项是否大于遍历的数据项
                if(i > queArray[j])
                {
                    //如果大于则从j的数据项开始每一项都后移一位
                    queArray[j+1] = queArray[j];                    
                }
                else
                {
                    break;
                }
            }
            //在for循环中最后一次循环的最后阶段执行了j--，所以在这里加回来，这样for循环外的j+1相当于for循环内的判断的j
            queArray[j + 1] = i;
            nItems++;            
        }
    }
    
    public long remove(){
        return queArray[--nItems];
    }
    
    public long peekMin(){
        return queArray[nItems - 1];
    }
    
    public boolean isEmpty(){
        return (nItems == 0);
    }
    
    public boolean isFull(){
        return (nItems == maxSize);
    }
}
public class PriorityApp {
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        Priority thePri = new Priority(5);
        thePri.insert(30);
        thePri.insert(50);
        thePri.insert(10);
        thePri.insert(40);
        thePri.insert(20);
        
        while(!thePri.isEmpty())
        {
            long item = thePri.remove();
            System.out.print(item + " ");
        }
        System.out.println("");    
    }
}