队列(Queue)--环形队列、优先队列和双向队列

1. 队列概述

队列和堆栈都是有序列表，属于抽象型数据类型(ADT)，所有加入和删除的动作都发生在不同的两端，并符合First In, First Out(先进先出)的特性。

特性：

·FIFO

·拥有两种基本操作，即加入与删除，而且使用front与rear两个指针来分别执行队列的前端与尾端。

如定义int[] queue= new int[int max];

当rear为max-1时，认为队列已满(Queue-Full)，新的数据不能再加入。此时可以将队列中的数据往前挪移，移除空间让新数据加入。

这种在队列中移动数据的做法虽可以解决队列空间浪费的问题，但如果队列中的数据过多时，将会造成时间的浪费。

以链表实现队列：

class QueueNode{

  int data;

  QueueNode next;

  public QueueNode(int data){

    this.data = data;

    next = null;

  }

}

class Linked_List_Queue {

  public QueueNode front;

  public QueueNode rear;

  public Linked_List_Queue(){front=null; rear=null;}

  //队列数据的存入

  public Boolean enqueue(int value){

    QueueNode node = new QueueNode(value);

    if(rear==null)  front=node;

    else

      rear.next = node;

    rear= node;

    return true;

  }

  public int dequeue(){

    int value;

    if(!(front==null)){

      if(front==rear) rear=null;

      value = front.data;

      front = front.next;

      return value;

    } else return -1;

  }

}

队列在计算机领域的应用：

1. 在图形遍历的先广后深搜索法(BFS)

2. 用于计算机的模拟(simulation)

3. CPU的工作调度等。

2.环形队列

线性队列有空间浪费的问题，可以利用环形队列来解决。它是Q(0:n-1)的一维数组，同事Q(0)为Q(n-1)的下一个元素。

其中，指针front用于以逆时针方向指向队列中第一个元素的前一个位置，rear则指向队列当前的最后位置。一开始front和rear均预设为-1，表示为空队列。也就是说

如果front=rear则为空队列。

这样设计的好处是，环形队列为空队列和满队列时，front和rear都会指向同一个地方。为更方便我们判断，我们仅允许队列最多存放n-1个数据(亦即牺牲最后一个空间)，

当rear指针的下一个是front的位置时，就认定队列已满，无法再将数据加入。所以一个Q(0：n-1)的环形队列最多只能放n-1个元素。

3.优先队列

优先队列(priority queue)为一种不必遵守队列特性--FIFO的有序表，其中的每一个元素都赋予一个优先权(Priority)，加入元素时可任意加入，但有最高优先权者(Highest Priority Out First, HPOF)则最先输出。

在计算机中CPU的工作调度，优先权调度(Priority Scheduling, PS)就是一种挑选任务的“调度算法”(Scheduling Aalgotithm)，也会使用到优先队列。级别高的用户，就比一般用户拥有较高的权利。

当各元素以输入先后次序为优先权时，就是一般的队列，假如是以输入先后次序作为最不优先权时，此优先队列即为一堆栈。

4.双向队列

双向队列(Double-ends Queues)，是一种前后两段都可输入或读取数据的有序表。

在双向队列中，我们仍使用两个指针，分别指向加入及取回端，只是加入和取回数据时，各指针所扮演的角色不再是固定的加入或取回。而且两边的指针都向队列中央移动，其他部分则和一般队列无异。

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