Java数据结构--队列 & 数组模拟队列

Posted 2021-07-09 Z && Y

01: 顺序队列
02: 环形队列

1. 队列

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1.1 队列的应用场景和介绍

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1.1.1 队列的应用场景

在食堂打饭的时候就是队列，先去就先打到饭

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1.1.2 队列的介绍

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在
表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操
作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。

• 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

队列:先进先出( FIFO : First Input First Output )

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1.2 数组模拟队列思路分析

• 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，如图所示：

示意图：(使用数组模拟队列示意图)

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1.2.1 初始队列

初始队列：

1.2.1 添加元素

添加元素：

1. 判断队列是否为满队列，若为满队列则输出提示信息，否则添加元素；
2. rear ++ ;
3. arr[rear] = temp;
4. 队列添加元素成功；

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1.2.3 取出元素

取出元素：

1. 判断队列是否为空，若为空输出错误提示信息，否则取出元素
2. front ++;
3. 队列元素成功取出；
   

1.2.4 判断队列是否为空

若front == rear 则队列为空，否则队列不为空

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1.2.5 判断队列是否为满

若 rear == maxSize - 1 则队列为满，否则队列不是满队列

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1.3 数组模拟队列代码实现

ArrayQueue.java

// 使用数组模拟队列-编写一个ArrayQueue类
class ArrayQueue {
    private final int maxSize; // 表示数组的最大容量
    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，指向队列尾的数据(即就是队列最后一个数据)
    }

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

    // 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;
        }
        rear++; // 让rear 后移
        arr[rear] = n;
    }

    // 获取队列的数据, 出队列
    public int getQueue() {
        // 判断队列是否空
        if (isEmpty()) {
            // 通过抛出异常
            throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
        }
        front++; // 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 = front + 1; i <= rear; 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() {
        // 判断
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
        }
        return arr[front + 1];
    }
}

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1.4 测试队列

ArrayQueueDemo.java

public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试一把
        //创建一个队列
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' '; //接收用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);//
        boolean loop = true;
        //输出一个菜单
        while (loop) {
            System.out.println("s(show): 显示队列 | e(exit): 退出程序 | g(get): 从队列取出数据 | h(head): 查看队列头的数据 | a(add): 添加数据到队列");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key) {
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("输出一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g': //取出数据
                    try {
                        int res = queue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的数据是%d\\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        // 这里是打印ArrayQueue里面抛出的异常信息
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h': //查看队列头的数据
                    try {
                        int res = queue.headQueue();
                        System.out.printf("队列头的数据是%d\\n", res);
                    } catch (Exception e) {
                        // 这里是打印ArrayQueue里面抛出的异常信息
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e': //退出
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出~~");
    }
}

运行结果：

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1.5 数组模拟队列缺点

用数组实现队列时，如果不移动，随着数据的不断读写，会出现假满队列的情况。即尾数组已满但头数组还是空的；

解决办法：
循环队列

02: 环形队列

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