数据结构和算法02–队列

• 2021 年 4 月 13 日
• 笔记

​ 队列：先进先出、用链表或数组实现。

一、一般的队列

1、思路：

​ 模拟简单队列——队首走的位置不能再添加。

​ 实现方式：两个指针，一个指向队首front、一个指向队尾rear。指向队首的负责取出数据，指向队尾的负责添加数据。

​ 难点：在于添加和取出数据时，指针应先操作该位置数据然后再移动指针，不然指针就没了。

2、代码

​ 代码实现思路：先创建数组队列–>添加判断为空、已满、放入数据、取出数据、遍历队列、查看头节点的方法–>main方法写测试代码。

//测试最基本的队列
public class BasicQueue01 {
	//9、创建主方法用于测试
	public static void main(String[] args) {
		//创建一个队列
		ArrayQueue arrQueue = new ArrayQueue(4);
		//用于接收用户输入信息
		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): 从队列取出数据");
			System.out.println("h(head): 查看队列头的数据");
			key = scanner.next().charAt(0);
			switch(key) {
				case 's':
					arrQueue.showQueue();
					break;
				case 'a':
					System.out.println("请输入一个数");
					int value = scanner.nextInt();
					arrQueue.addQueue(value);
					break;
				case 'g':
					try {
						int num = arrQueue.getQueue();
						System.out.println(num);
					}catch(RuntimeException e) {
						System.out.println(e.getMessage());
					}
					break;
				case 'h':
					try {
						int headQueue = arrQueue.headQueue();
						System.out.println("第一个数据是" + headQueue);
					}catch(RuntimeException e) {
						System.out.println(e.getMessage());
					}
					break;
				case 'e':
					scanner.close();
					loop = false;
				default:
					break;
			}
		}
		System.out.println("程序退出啦");
	}

}

class ArrayQueue{
	//1、先给出队列的各种属性
	private int maxSize;
	private int front;
	private int rear;
	private int[] arr;
	
	//2、给一个队列的构造方法
	public ArrayQueue(int arrmaxSize) {
		maxSize = arrmaxSize;
		front = -1;
		rear = -1;
		arr = new int[maxSize];
	}
	
	//3、判断队列是否已满
	public boolean isFull() {
		return rear == maxSize - 1;
	}
	
	//4、判断队列是否为空
	public boolean isEmpty() {
		return rear == front;
	}
	
	//5、添加数据到队列
	public void addQueue(int n) {
		//(1)先判断队列是否已满
		if(isFull()) {
			System.out.println("队列已满，不能添加~~");
			return;
		}
		//(2)如果不满的话，那就在后面加一格，然后加数据
		rear++;
		arr[rear] = n;
	}
	
	//6、获取队列的数据，出队列
	public int getQueue() {
		//(1)先判断队列是否为空
		if(isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("队列为空，不能获取~~");
		}
		
		//(2)如果不为空的话，那就把指向第一个的前面这个指针，指向第一个，然后取出来，以此类推
		front++;
		return arr[front];
	}
	
	//7、查询队列
	public void showQueue() {
		if (isEmpty()) {
			System.out.println("队列空的，没有数据~~");
			return;
		}
		for(int i = 0;i < arr.length;i++) {
			System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i+1,arr[i]);
		}
		System.out.println();
	}
	
	//8、显示队列的头数据
	public int headQueue() {
		if(isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("队列为空，无法显示");
		}
		return arr[front+1];
	}
}

二、循环队列

1、思路

​ 解决普通队列不能不能在前面位置再添加的问题。

​ 改成环形队列这样就可以反复添加了。

​ 但是这里要注意到最大值后就返回到初始值了。

​ 实现方式：front、rear指针，每添加一个rear指向当前位置后一个，浪费一个元素，指到最后一个元素为满。

​ 难点：因为满了又跳到0，所以得注意front/rear + 1可能回到初始位置，并且得注意rear – front可能存在小减大的情况，所以判断有几个元素的时候不能直接用rear – front的方式。

2、代码

​ 代码实现思路：先创建数组队列–>添加判断为空、已满、放入数据、取出数据、遍历队列、查看头节点的方法–>main方法写测试代码。

//测试环形队列
public class CircleArrayQueue01 {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");
		CircleQueue circleQueue = new CircleQueue(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): 从队列取出数据");
			System.out.println("h(head): 查看队列头的数据");
			key = scanner.next().charAt(0);
			switch(key) {
				case 's':
					circleQueue.showQueue();
					break;
				case 'a':
					System.out.println("请输入一个数");
					int num = scanner.nextInt();
					circleQueue.addQueue(num);
					break;
				case 'g':
					try {
						int result = circleQueue.getQueue();
						System.out.printf("查到的数据是%d\n",result);
					}catch(RuntimeException e) {
						System.out.println(e.getMessage());
					}
					break;
				case 'h':
					int result = circleQueue.headQueue();
					System.out.printf("查到的数据是%d\n",result);
					break;
				case 'e':
					scanner.close();
					loop = false;
					break;
				default:
					break;
			}
		}
		System.out.println("退出程序~~");
	}
	
}

class CircleQueue{
	//属性
	private int maxSize;
	private int front;
	private int rear;
	private int[] arr;
	
	//构造函数
	public CircleQueue(int arrMaxSize) {
		maxSize = arrMaxSize;
		arr = new int[maxSize];
	}
	
	//判断是否为空
	public boolean isEmpty() {
		return rear == front;
	}
	
	//判断是否已满
	public boolean isFull() {
		return (rear  + 1) % maxSize == front;
	}
	
	//添加数列到队列
	public void addQueue(int num) {
		if(isFull()) {
			System.out.println("队列已满，无法加入");
			return;
		}
		arr[rear] = num;
		rear = (rear + 1) % maxSize;
	}
	
	//获取队列数据，出队列
	public int getQueue() {
		if(isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("队列为空，不能取数据");
		}
		int value = arr[front];
		front = (front + 1)% maxSize;
		return value;
	}
	
	//显示队列所有数据
	public void showQueue() {
		if(isEmpty()) {
			System.out.println("队列为空，不能显示");
			return;
		}
		for(int i = front;i < front + size() ;i++) {
			System.out.printf("arr[%d] = %d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
		}
	}
	
	//求出当前队列的有效数据
	public int size() {
		return (rear + maxSize - front) % 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];
	}
}