队列介绍及代码实现(Java)

    科技2022-07-12  130

    目录

    1 队列介绍

    2 模拟队列思路

    2.1 数组模拟队列

    2.2数组模拟队列的代码实现及演示:

    3 环形队列介绍

    4 模拟环形队列

    4.1用数组模拟环形队列思路

    4.2数组模拟环形队列的代码实现及演示:


    1 队列介绍

    列是一个有序列表,可以用数组或是链表来实现先入先出的原则。即:先入队列的数据,要先取出。后存入的要后取示意图:(使用数组模拟队列示意图)存在的问题:数组只能使用一次就不能使用,达不到复用的效果

    2 模拟队列思路

    2.1 数组模拟队列

    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frontrear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如图所示:

     

    用数组模拟一个队列:

    // 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) }

    将数据存入队列:

    队列为空条件:尾指针往后移rear+1 , front == rear时,队列为空

    //判断队列是否为空 public boolean isEmpty() { return front == rear; }

    数据存入:指针 rear 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。

    //添加数据到队列 public void addQueue(int num) { if (isFull()) { System.out.println("队列中数据已满,无法添加!!!"); return; } rear++; // 将队尾指针向后移 arr[rear] = num; }  

    队列已满条件:rear  == maxSize - 1时,队列已满

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

    2.2数组模拟队列的代码实现及演示:

    import java.util.Scanner; public class ArrayQueue { public static void main(String[] args) { //测试一把 //创建队列 Queue queue = new Queue(4); char key = ' '; 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):退出程序"); System.out.println("a(add):添加数据到队列"); System.out.println("g(get):从队列中取出数据"); System.out.println("h(head):显示队列头的数据"); key = scanner.next().charAt(0); switch (key) { case 's': queue.show(); break; case 'e': scanner.close();// 要记得关掉 loop = false; break; case 'a': try { System.out.println("请输入想要添加的数据"); Scanner scan = new Scanner(System.in); queue.addQueue(scan.nextInt()); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'g': try { queue.getQueue(); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'h': queue.headQueue(); default: break; } } System.out.println("程序退出"); } } //使用数组模拟队列,写一个Queue类 class Queue { private int front; // 表示队列头 private int rear;// 表示队列尾 private int maxSize;// 表示队列的最大容量 private int[] arr;// 表示队列 //创建队列的构造器 public Queue(int arrMaxSize) { maxSize = arrMaxSize; front = -1;// 指向队列头部,分析出front是指向队列头部的前一个位置 rear = -1;// 指向队列尾部,分析出rear是指向队列尾部的位置 arr = new int[maxSize]; } //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 front == rear; } //添加数据到队列 public void addQueue(int num) { if (isFull()) { System.out.println("队列中数据已满,无法添加!!!"); return; } rear++; // 将队尾指针向后移 arr[rear] = num; } //获取队列的数据,出队列 public int getQueue() { if (isEmpty()) { throw new RuntimeException("队列中没有数据"); } front++; return arr[front]; } //显示队列的所有数据 public void show() { 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 void headQueue() { if (isEmpty()) { System.out.println("空队列,没有数据~~~~~~~~~"); return; } System.out.printf("arr[%d] = %d\n", front + 1, arr[front + 1]); } }

    3 环形队列介绍

    可以将队列空间想象成一个 环形空间 ,这能使队列空间重复使用:无论插入还是删除,front(队头) 增1或 rear(队尾) 加1时超出所分配的空间,就让它指向这片连续空间的起始地址。取元素时先从队列头开始,取完后,下一个元素就成了队列头,依次循环。只有一个元素时,既是队列头,也是队列尾。

    环形队列示意图:

    环形队列可以使用数组实现,也可以使用循环链表实现。

    4 模拟环形队列

    4.1用数组模拟环形队列思路

    front 变量的含义做一个调整: 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 = 0 rear 变量的含义做一个调整:rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置. 因为希望空出一个空间做为约定.rear 的初始值 = 0队列已满条件:  (rear  + 1) % maxSize == front队列为空的条件:rear == front当我们这样分析, 队列中有效的数据的个数   (rear + maxSize - front) % maxSize 

    我们就可以在原来的队列上修改得到,一个环形队列

    4.2数组模拟环形队列的代码实现及演示:

    import java.util.Scanner; public class CircleArrayQueueDemo { public static void main(String[] args) { //测试一把 System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~"); // 创建一个环形队列 CircleArray queue = new CircleArray(4); //说明设置4, 其队列的有效数据最大是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"); System.out.println("e(exit): 退出程序"); System.out.println("a(add): 添加数据到队列"); System.out.println("g(get): 从队列取出数据"); System.out.println("h(head): 查看队列头的数据"); 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) { // TODO: handle exception 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) { // TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'e': // 退出 scanner.close(); loop = false; break; default: break; } } System.out.println("程序退出~~"); } } class CircleArray { private int maxSize; // 表示数组的最大容量 //front 变量的含义做一个调整: 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 = 0 private int front; //rear 变量的含义做一个调整:rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置. 因为希望空出一个空间做为约定. //rear 的初始值 = 0 private int rear; // 队列尾 private int[] arr; // 该数据用于存放数据, 模拟队列 public CircleArray(int arrMaxSize) { maxSize = arrMaxSize; 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; //将 rear 后移, 这里必须考虑取模 rear = (rear + 1) % maxSize; } // 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"); } // 这里需要分析出 front是指向队列的第一个元素 // 1. 先把 front 对应的值保留到一个临时变量 // 2. 将 front 后移, 考虑取模 // 3. 将临时保存的变量返回 int value = arr[front]; front = (front + 1) % maxSize; return value; } // 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; } // 思路:从front开始遍历,遍历多少个元素 // 动脑筋 for (int i = front; i < front + size() ; i++) { System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]); } } // 求出当前队列有效数据的个数 public int size() { return (rear + maxSize - front) % maxSize; } // 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]; } }

     

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