LeetCode 622：设计循环队列 Design Circular Queue

LeetCode 622：设计循环队列 Design Circular Queue

首先来看看队列这种数据结构：

队列：先入先出的数据结构

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在 FIFO 数据结构中，将首先处理添加到队列中的第一个元素。

如上图所示，队列是典型的 FIFO 数据结构。插入（insert）操作也称作入队（enqueue），新元素始终被添加在队列的末尾。 删除（delete）操作也被称为出队（dequeue)。 你只能移除第一个元素。

队列 - 实现

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为了实现队列，我们可以使用动态数组和指向队列头部的索引。

如上所述，队列应支持两种操作：入队和出队。入队会向队列追加一个新元素，而出队会删除第一个元素。 所以我们需要一个索引来指出起点。

循环队列

此前，我们提供了一种简单但低效的队列实现。

更有效的方法是使用循环队列。 具体来说，我们可以使用固定大小的数组和两个指针来指示起始位置和结束位置。 目的是重用我们之前提到的被浪费的存储。

让我们通过一个示例来查看循环队列的工作原理。 你应该注意我们入队或出队元素时使用的策略。

[外链图片转存失败(img-ScULOtla-1564547660610)(queue.gif)]

仔细检查动画，找出我们用来检查队列是空还是满的策略。

以上内容来自力扣中国，内容有改变

题目：设计循环队列：

设计你的循环队列实现。 循环队列是一种线性数据结构，其操作表现基于 FIFO（先进先出）原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。

循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里，一旦一个队列满了，我们就不能插入下一个元素，即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列，我们能使用这些空间去存储新的值。

你的实现应该支持如下操作：

• MyCircularQueue(k): 构造器，设置队列长度为 k 。
• Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 。
• Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。
• enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
• deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
• isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
• isFull(): 检查循环队列是否已满。

示例：

MyCircularQueue circularQueue = new MycircularQueue(3); // 设置长度为 3
circularQueue.enQueue(1);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(2);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(3);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(4);  // 返回 false，队列已满
circularQueue.Rear();  // 返回 3
circularQueue.isFull();  // 返回 true
circularQueue.deQueue();  // 返回 true
circularQueue.enQueue(4);  // 返回 true
circularQueue.Rear();  // 返回 4

提示：

• 所有的值都在 0 至 1000 的范围内；
• 操作数将在 1 至 1000 的范围内；
• 请不要使用内置的队列库。

解题思路：

一般高级程序设计语言都会内置队列库，稍微参考一下即可。在循环队列中，我们使用一个数组和两个指针（head 和 tail）。 head 表示队列的起始位置，tail 表示队列的结束位置。

class MyCircularQueue {

    private int[] data;
    private int head;
    private int tail;
    private int size;

    /** 初始化数据结构，并规定队列大小k */
    public MyCircularQueue(int k) {
        data = new int[k];
        head = -1;
        tail = -1;
        size = k;
    }

    /** 在队列插入一项，并返回插入是否成功 */
    public boolean enQueue(int value) {
        if (isFull() == true) {
            return false;
        }
        if (isEmpty() == true) {
            head = 0;
        }
        tail = (tail + 1) % size;
        data[tail] = value;
        return true;
    }

    /** 从队列删除一项，并返回删除是否成功 */
    public boolean deQueue() {
        if (isEmpty() == true) {
            return false;
        }
        if (head == tail) {
            head = -1;
            tail = -1;
            return true;
        }
        head = (head + 1) % size;
        return true;
    }

    /** 获取队列第一项 */
    public int Front() {
        if (isEmpty() == true) {
            return -1;
        }
        return data[head];
    }

    /** 获取队列最后一项 */
    public int Rear() {
        if (isEmpty() == true) {
            return -1;
        }
        return data[tail];
    }

    /** 检查队列是否为空 */
    public boolean isEmpty() {
        return head == -1;
    }

    /** 检查队列是否已满 */
    public boolean isFull() {
        return ((tail + 1) % size) == head;
    }
}

Python3：

class MyCircularQueue():

    def __init__(self, k: int):
        """
        初始化数据结构，并规定队列大小k
        """
        self.size = k
        self.queue = ['']*k
        self.head = -1
        self.tail = -1

    def enQueue(self, value: int) -> bool:
        """
        在队列插入一项，并返回插入是否成功
        """
        if not self.isFull():
            if self.head == -1:
                self.head = 0
            self.tail = (self.tail+1)%self.size
            self.queue[self.tail] = value
            return True
        else:
            return False

    def deQueue(self) -> bool:
        """
        从队列删除一项，并返回删除是否成功
        """
        if not self.isEmpty():
            if self.head ==self.tail:
                self.head,self.tail = -1,-1
            else:
                self.head = (self.head+1)%self.size
            return True
        else:
            return False

    def Front(self) -> int:
        """
        获取队列第一项
        """
        if self.isEmpty():
            return -1
        else:
            return self.queue[self.head]

    def Rear(self) -> int:
        """
        获取队列最后一项
        """
        if self.isEmpty():
            return -1
        else:
            return self.queue[self.tail]

    def isEmpty(self) -> bool:
        """
        检查队列是否为空
        """
        return self.head == -1 and self.tail == -1

    def isFull(self) -> bool:
        """
        检查队列是否已满
        """
        return (self.tail+1)%self.size ==self.head