JAVA数据结构与算法之数组与队列

Posted 2021-02-22 微观漫步

队列介绍

1) 队列是一个 有序列表，可以用 数组或是 链表来实现
2) 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

队列的模拟思路

1) 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上图, 其中 maxSize 是该队列的最大容量。
2）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 及 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
3）思路分析
  3.1 当 front == rear 【空】
  3.2 rear == maxSize - 1【队列满】
  3.3 当添加数据的时候，rear指针向后移一位即 rear ++; font不变
  3.4 当从队列中获取数据时 font指针向后移动一位，rear不变

循环队列模拟思路

1) 循环队列里面font就指向队列的第一个元素，font初始值是0；arr[font]就是队列的第一值
2）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作为约定，rear的初始值是0
3）队列满员时：（rear + 1）% maxSize == font 【满员】
4）队列为空时：rear == font
5) 队列中有效的数据个数（rear + maxSize - font）% maxSize 

代码实现

public class ArrayQueue {
    private int maxSize;
    private int font;
    private int rear;
    private int[] arr;
    // 构造器
    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        this.arr = new int[maxSize];
        this.font = -1;
        this.rear = -1;
    }

    // 构造器是否满员
    public boolean isFull() {
        return rear == maxSize - 1;
    }

    // 队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == font;
    }

    // 添加数据到队列中 因为添加的时候rear指针向后移动，需要先判断满员的情况
    public void addQueue(int data) {
        if(isFull()){
            System.out.println("队列已满员，无法加入数据");
            return;
        }
        // 没满的话，指针后移
        rear ++;
        // 添加数据
        arr[rear] = data;
    }

    // 从队列中获取数据 因为获取数据font指针需要向后移动一位，所以需要先判断空队列的情况
    public int getQueue() {
        // 判断是否为空
        if(isEmpty()){
            // 抛出异常，不能取数据
            throw new RuntimeException("队列为空，没数据可以取");
        }
        // 如果不为空，font指针后移一位
        font ++;
        return arr[font];
    }

    // 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++) {
            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
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空的，没有数据~~");
            throw new RuntimeException("队列为空，没数据可以取");
        }
        return arr[font + 1];
    }
}

循环队列实现

class CircleArray {
    // 表示数组的最大容量
    private int maxSize; 
    //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;
    //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; 
    private int[] arr;

    public CircleArray(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

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

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

    // 添加数据到队列
    public void addQueue(int n) {
    // 判断队列是否满
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列满，不能加入数据~");
            return;
        }
        //直接将数据加入
        arr[rear] = n;
        //将 rear 后移, 这里必须考虑取模
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    // 获取队列的数据, 出队列
    public int getQueue() {
    // 判断队列是否空
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }

    // 显示队列的所有数据
    public void showQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("队列空的，没有数据~~");
            return;
        }
    // 思路：从 front 开始遍历，遍历多少个元素
        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }

    // 求出当前队列有效数据的个数
    public int size() {
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

    // 显示队列的头数据， 注意不是取出数据
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
        }
        return arr[front];
    }
}