• Java数据结构学习Day1_队列_用数组模拟队列以及环形队列


    队列

    队列Queue

    1.实际上是一个有序列表,可以用数组或者是链表来实现
    2.遵循先进先出的原则(与栈相反,栈为先进后出)
    3.示意图

    数组模拟队列

    一般队列

    MaxSize为该队列的最大容量,两个变量rear和front分别标记队列前端和后端的位置,有元素出队时front+=1,有元素入队时rear+=1
    思路分析:
    1.有元素入队时rear+1,当front == rear时说明该队列为空
    2.尾指针rear<MaxSize-1(最大的下标)时可以存进元素,队列不满,当rear == MaxSize时,队列满,无法存入元素
    数组实现队列的问题:
    1.目前数组使用一次就不能复用

    代码实现:

    package Ivan.queue;
    
    import java.util.Scanner;
    
    public class ArrayQueueDemo {
        public static void main(String[] args){
            //测试。创建一个队列
            ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
            char key = ' ';//接收用户输入
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            boolean loop = true;
            while (loop){
                System.out.println("s(show): 显示队列");
                System.out.println("e(exit): 退出队列");
                System.out.println("a(add): 添加数据到队列");
                System.out.println("g(get): 从队列取出队列");
                System.out.println("h(head): 查看队列头的数据");
                key = scanner.next().charAt(0);//接受用户输入命令
                switch (key){
                    case 's':       //显示数据
                        arrayQueue.showQueue();
                        break;
                    case 'a':       //添加数据
                        try {
                            System.out.println("请输入一个数字");
                            int value = scanner.nextInt();
                            arrayQueue.addQueue(value);
                        }catch (Exception e){
                            System.out.println(e.getMessage());
                        }
                        break;
                    case 'g':       //取出数据
                        try{
                            int res = arrayQueue.getQueue();
                            System.out.printf("取出的数据是%d
    ",res);
                        }catch (Exception e){
                            System.out.println(e.getMessage());
                        }
                        break;
                    case 'h':       //查看队列头部的数据e
                        try{
                            int res = arrayQueue.headQueue();
                            System.out.printf("队列头部数据是%d
    ",res);
                        }catch (Exception e){
                            System.out.println(e.getMessage());
                        }
                        break;
                    case 'e':       //退出命令
                        System.out.println("程序退出");
                        scanner.close();
                        loop = false;
                        break;
                    default:
                        break;
                }
            }
        }
    }
    
    //使用数组模拟队列
    class ArrayQueue{
        private int maxSize;    //表示最大容量
        private int front;      //表示头指针
        private int rear;       //表示尾指针
        private int[] arr;      //用于存放数据,模拟队列
    
        //创建队列构造器
        public ArrayQueue(int arrMaxSize){
            maxSize = arrMaxSize;
            rear = -1;     //指向队列尾部,指向队列尾部的数据
            front = -1;    //指向队列头部,front是指向队列头部的前一个位置,之后取数据需要先+1
            arr = new int[maxSize];
        }
    
        //判断队列是否为满
        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){
            //判断队列是否未满
            if (isFull()){
                throw new RuntimeException("队列已经满了");
            }
            rear++;
            arr[rear] = n;
        }
    
        //获取队列的数据,出队列
        public int getQueue(){
            if (isEmpty()){
                throw new RuntimeException("队列为空,没有数据");
            }
            front++;
            return arr[front];
        }
    
        //显示队列的所有数据
        public void showQueue(){
            if (isEmpty()){
                System.out.println("队列为空,没有数据");
                return;
            }
            for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
                System.out.printf("arr[%d]%d
    ",i,arr[i]);
            }
        }
    
        //显示队列的头数据
        public int headQueue(){
            if (isEmpty()){
                throw new RuntimeException("队列为空,没有数据");
            }
            return arr[front + 1];
        }
    }
    

    环形队列

    优化:
    1.将这个队列改进成一个环形队列

    数组模拟环形队列
    思路分析:
    1.front:指向队列的第一个元素,也就是arr[front]就是队列的第一个元素,而不是arr[front-1]
    2.Rear:指向队列的最后一个元素的后一个位置 ——为空出一个空间作为约定
    3.当队列满时,条件为(rear + 1)%maxSize = front
    4.当队列空时,条件为 rear == front
    5.队列中有效数据的个数为(rear + maxSize - front) %maxSize
    6.在原来的代码进行修改即可得到环形队列

    代码实现

    package Ivan.queue;
    
    import java.util.Scanner;
    
    public class CirceArrayQueueDemo {
        public static void main(String[] args){
            //测试。创建一个队列
            CircleArray circleArray = new CircleArray(4);//设置说明是4,但有效数据最大为3
            char key = ' '; //接收用户输入
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            boolean loop = true;
            while (loop){
                System.out.println("s(show): 显示队列");
                System.out.println("e(exit): 退出队列");
                System.out.println("a(add): 添加数据到队列");
                System.out.println("g(get): 从队列取出队列");
                System.out.println("h(head): 查看队列头的数据");
                key = scanner.next().charAt(0);//接受用户输入命令
                switch (key){
                    case 's':       //显示数据
                        circleArray.showQueue();
                        break;
                    case 'a':       //添加数据
                        try {
                            System.out.println("请输入一个数字");
                            int value = scanner.nextInt();
                            circleArray.addQueue(value);
                        }catch (Exception e){
                            System.out.println(e.getMessage());
                        }
                        break;
                    case 'g':       //取出数据
                        try{
                            int res = circleArray.getQueue();
                            System.out.printf("取出的数据是%d
    ",res);
                        }catch (Exception e){
                            System.out.println(e.getMessage());
                        }
                        break;
                    case 'h':       //查看队列头部的数据e
                        try{
                            int res = circleArray.headQueue();
                            System.out.printf("队列头部数据是%d
    ",res);
                        }catch (Exception e){
                            System.out.println(e.getMessage());
                        }
                        break;
                    case 'e':       //退出命令
                        System.out.println("程序退出");
                        scanner.close();
                        loop = false;
                        break;
                    default:
                        break;
                }
            }
        }
    }
    
    
    class CircleArray{
        private int maxSize;    //表示最大容量
        private int front;      //表示头指针,就指向队列第一个元素,初始值为0
        private int rear;       //表示尾指针,指向队列最后一个元素后一个位置,初始值也为0
        private int[] arr;      //用于存放数据,模拟队列
    
        public CircleArray(int arrMaxSize){
            maxSize = arrMaxSize;
            rear = 0;     //指向队列尾部后一个元素
            front = 0;    //指向队列头部的元素
            arr = new int[maxSize];
        }
        //判断队列是否为满
        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){
            //判断队列是否未满
            if (isFull()){
                throw new RuntimeException("队列已经满了");
            }
            arr[rear] = n;
            //rear后移,但必须取模,防止数据溢出
            rear = (rear + 1) % maxSize;
        }
    
        //获取队列的数据,出队列
        public int getQueue(){
            if (isEmpty()){
                throw new RuntimeException("队列为空,没有数据");
            }
            int res = arr[front];
            front++;
            return res;
        }
    
        //求出当前队列有效值
        public int size(){
            return (rear - front + maxSize) %maxSize;
        }
    
        //显示队列的所有数据
        public void showQueue(){
            if (isEmpty()){
                System.out.println("队列为空,没有数据");
                return;
            }
            /*for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
                System.out.printf("arr[%d]%d
    ",i,arr[i]);
            }*/
            //从front开始遍历
            int sum = size();
            for (int i = front; i < front + sum; i++) {
                System.out.printf("arr[%d]%d
    ",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
            }
        }
    
        //显示队列的头数据
        public int headQueue(){
            if (isEmpty()){
                throw new RuntimeException("队列为空,没有数据");
            }
            return arr[front];
        }
    }
    
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