本篇文章,将对队列进行一个深入的解析。

使用场景

队列在日常生活中十分常见,例如:银行排队办理业务、食堂排队打饭等等,这些都是队列的应用。那么队列有什么特点呢?

我们知道排队的原则就是先来后到,排在前面的人就可以优先办理业务,那么队列也一样,队列遵循先进先出的原则。

队列介绍

刚才通过生活中的例子大致了解了一下队列,那么从数据结构的角度来讲,队列到底是什么呢?

  • 队列是一个有序列表,可以用数组或是链表来实现
  • 遵循先进先出的原则,即:先存入队列的数据,先取出;后存入队列的数据,后取出
数组模拟队列

刚才说到,队列可以用数组或是链表来实现。

那我们先来看看用数组如何模拟队列?



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。

因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理的,因此需要两个变量front和rear分别记录队列前后端的下标,如上图所示,front会随着数据的输出改变;而rear则是随着数据的输入改变。

继续深入分析:

  • 当我们将数据存入队列时,称为"addQueue",addQueue的处理需要有两个步骤:

    a)将尾指针往后移:rear + 1

    b)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,否则无法存入数据。rear == MaxSize - 1 时,表示队列已满

分析过后,我们用代码来实现数组模拟队列:

//使用数组模拟队列——编写一个ArrayQueue类
class ArrayQueue {
private 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; // 该数组用于存放数据 // 创建队列的构造器
public ArrayQueue(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1; // 指向队列头部(指向的是队列头的前一个位置)
rear = -1;// 指向队列尾部(指向的是队列尾的数据)
} // 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
public int getQueue() {
// 判断队列是否空
if (isEmpty()) {
// 抛出异常
throw new RuntimeException("队列空,不能取出数据");
}
front++;// 让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("队列为空");
return;
}
for (int i : arr) {
System.out.printf("%d\t", i);
}
}
}

经过分析后再来编写代码,会觉得非常简单,现在一个数组模拟的队列就编写完成了。接下来编写测试代码:

public static void main(String[] args) {
// 创建一个队列
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
int key;// 接收用户输入
Scanner sc = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
// 输出一个菜单
while (loop) {
System.out.println();
System.out.println("1:显示队列");
System.out.println("2:添加数据到队列");
System.out.println("3:从队列获取数据");
key = sc.nextInt();// 接收一个字符
switch (key) {
case 1:
arrayQueue.showQueue();
break;
case 2:
System.out.println("输入一个数:");
int value = sc.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 3:
try {
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.println("取出的数据是:" + res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
}
}
}

运行效果如下:



但是,这个程序有一个很大的问题,就是当你把队列中的元素取出来之后,再添加发现添加不了,一直提示队列为空,因为此时指向队列前后端的两个变量相等,而判断队列是否为空就是依靠这两个变量来判断的。

数组模拟环形队列

刚才我们说到这个程序是有问题的,数组只能使用一次,那我们可以对前面的数组模拟队列进行优化,为了能够充分利用数组,我们可将数组看成是一个环形的。

我们先来分析一下(还是看这张图):

  1. 首先我们将front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的初始值为0
  2. 将rear的含义也做一个调整:rear指向队列的最后一个元素的后一个位置,这样调整的目的是希望空出一个空间作为一个约定,rear的初始值也为0
  3. 当队列满时,条件是(rear + 1) % MaxSize == front,那么条件依据是什么呢?我们举个例子,假设现在rear指向的是数组的倒数第二个元素,因为我们要预留出一个空间,所以此时队列应该就是满的,而事实上倒数第二个元素的下标加1然后取模MaxSize确实等于front,因为此时的front为0,就证明该队列已满
  4. 当队列空时,条件是rear == front

那么如果按照上面的分析实现,队列中的有效元素个数即为:(rear + MaxSize - front) % MaxSize。

接下来在原来的代码上进行一个优化:

public class CircleArrayQueueDemo {

	public static void main(String[] args) {
// 创建一个队列
CircleArrayQueue arrayQueue = new CircleArrayQueue(3);
int key;// 接收用户输入
Scanner sc = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
// 输出一个菜单
while (loop) {
System.out.println();
System.out.println("1:显示队列");
System.out.println("2:添加数据到队列");
System.out.println("3:从队列获取数据");
key = sc.nextInt();// 接收一个字符
switch (key) {
case 1:
arrayQueue.showQueue();
break;
case 2:
System.out.println("输入一个数:");
int value = sc.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 3:
try {
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.println("取出的数据是:" + res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
}
}
}
} //使用数组模拟队列——编写一个ArrayQueue类
class CircleArrayQueue {
private int maxSize; // 表示数组的最大容量
private int front; // 队列的第一个元素
private int rear; // 队列的最后一个元素的后一个位置
private int[] arr; // 该数组用于存放数据 // 创建队列的构造器
public CircleArrayQueue(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
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;
rear = (rear + 1) % maxSize;// 将rear后移,必须考虑取模(当rear指向最后时,可以通过取模将rear指向队列起始位置)
} // 获取队列的数据
public int getQueue() {
// 判断队列是否空
if (isEmpty()) {
// 抛出异常
throw new RuntimeException("队列空,不能取出数据");
}
// 需要分析出front是指向队列的第一个元素
// 1、先把front对应的值保存到一个临时变量中
int value = arr[front];
// 2、将front后移,考虑取模
front = (front + 1) % maxSize;
// 3、将临时保存的变量返回
return value;
} // 显示队列的所有数据
public void showQueue() {
// 遍历
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空");
return;
}
// 从front开始遍历
for (int i = front; i < front + size(); i++) {
System.out.printf("%d\t", arr[i % maxSize]);
}
} // 求出当前队列有效数据个数
public int size() {
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
}

运行效果如下:



现在我们就能够循环利用这个队列了。

图解Java数据结构之队列的更多相关文章

  1. 图解 Java 数据结构

    图解Java数据结构: 一.链表       Java ListNode     https://www.cnblogs.com/easyidea/p/13371863.html 二.栈       ...

  2. Java数据结构之队列的实现以及队列的应用之----简单生产者消费者应用

    Java数据结构之---Queue队列 队列(简称作队,Queue)也是一种特殊的线性表,队列的数据元素以及数据元素间的逻辑关系和线性表完全相同,其差别是线性表允许在任意位置插入和删除,而队列只允许在 ...

  3. 图解Java数据结构之稀疏数组

    在编程中,算法的重要性不言而喻,没有算法的程序是没有灵魂的.可见算法的重要性. 然而,在学习算法之前我们需要掌握数据结构,数据结构是算法的基础. 我在大学的时候,学校里的数据结构是用C语言教的,因为对 ...

  4. 图解Java数据结构之环形链表

    本篇文章介绍数据结构中的环形链表. 介绍 环形链表,类似于单链表,也是一种链式存储结构,环形链表由单链表演化过来.单链表的最后一个结点的链域指向NULL,而环形链表的建立,不要专门的头结点,让最后一个 ...

  5. java数据结构---循环队列

    #java学习经验总结------循环队列的实现(数组) package datastructure;/*数组实现循环队列 队列first in first out*/ public class Ci ...

  6. Java数据结构——优先级队列

    //================================================= // File Name : PriorityQueue_demo //------------ ...

  7. java数据结构之队列

    队列概述队列是一种特殊的线性表,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.进行插入操作的端称为队尾,进行删除操作的端称为队头.队列中没有元素时,称为空队列.– ...

  8. Java数据结构之队列(Queue)

    1.使用场景 银行排队的案例: 2.队列介绍 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: 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) ...

  9. Java数据结构——循环队列

    普通顺序队列存在的问题在普通顺序队列中,入队的操作就是先将尾指针rear右移一个单位,然后将元素值赋值给rear单位.出队时,则是头指针front后移一个单位.像这样进行了一定数量的入队和出队操作后, ...

随机推荐

  1. [PTA] 数据结构与算法题目集 6-8 求二叉树高度 & 6-9 二叉树的遍历

    6.8 二叉树高度 int GetHeight(BinTree BT) { if (BT == NULL) return 0; int leftH = GetHeight(BT->Left); ...

  2. 《VR入门系列教程》之12---转换矩阵

    转换矩阵     模型网格的三维空间位置都是由它们的顶点坐标决定的,如果每次想要移动一下模型位置都要依次改变每个网格的顶点坐标,这将一件非常头疼的事,要是遇上需要显示动画效果那就更糟了.为了解决这个问 ...

  3. SpringBoot2.1.6 + Shiro1.4.1 + Thymeleaf + Jpa整合练习

    首先,添加maven依赖,完整的pom文件如下: <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <projec ...

  4. python课堂整理16---内置函数

    1. abs :求绝对值 print(abs(-1)) 2. all()传入一个可迭代对象,对该对象进行bool值运算,若都为True 就返回True,有一个为假,就返回False print(all ...

  5. [Revit]Autodesk Revit 二次开发整理(资料、准备工作和环境搭建)

    1 前言 Revit被Autodesk收购之后,整理和开放了一大部分API,供开发者实现自己的功能和程序,总体来说API的功能比较完善,毕竟市面上已经出现了各式各样的插件. 本人也是初学者,在Revi ...

  6. typescript 公共,私有与受保护的修饰符

    public理解 当你在程序中没有指明修饰符时,默认为public,也就是在类内类外都可以访问,我们以下面的例子来解释. class Person{ name:string sex:string ag ...

  7. web设计_5_自由的框式组件

    1. CSS3 border-radius 圆角矩形框 圆角矩形框组件是页面布局中常常用到的,利用CSS3的border-radius可非常方便的创建. 并且在横向纵向上面都有很好的扩展性和灵活性. ...

  8. 2019全国大学生信息安全与对抗技术竞赛全国线下总决赛 Writeup

    0x00 Begin 关于 ISCC 2019 北理工总决赛,这一次比赛体验感总体差不多,最后我们战队荣获全国一等奖第一名,在这里非常感谢我的团队以及我的队友. 0x01 Reverse 下载题目:e ...

  9. NPM - 检查并更新项目依赖的版本

    原文地址:https://acme.top/nodejs-npm-check-updates 前言 经常会遇到 package.json 中的库有更新,但是太多一个一个的来很费事,幸好有个工具 npm ...

  10. 原创:用node.js搭建本地服务模拟接口访问实现数据模拟

    前端开发中,数据模拟是必要的,这样就能等后台接口写完,我们直接把接口请求的url地址从本地数据模拟url换成后台真实地址就完成项目了.传参之类的都不用动. 之前网上找了很多类似于mock等感觉都不太实 ...