【小白學演算法】3. 隊列
- 2021 年 3 月 11 日
- 筆記
- 把蘋果咬哭的不規律日常, 數據結構與演算法
一、什麼是隊列
- 隊列是一個有序列表，可以用數組或者鏈表來實現。
- 遵循先入先出的原則，即：先存入隊列的數據，要先取出。後存入的的數據，後取出。
看一張隊列的模擬圖，1，2，3表示同一個隊列Queue。
在隊列中有2個指針，front表示隊首，rear表示隊尾。
- 圖1中表示隊列里還沒有數據，所以front跟rear初始化都是-1。
- 當圖2中有數據進行存入的時候，front沒變，而rear則隨著數據的增多而改變。存入了4個數據，於是rear=3。
- 再看圖3，front變成了2，rear沒有變化，因為前面的2個數據被依次先取出，所以隊首就變成了2。
這就是隊列的「先進先出」了。
二、用數組來模擬隊列
思路也比較簡單，因為隊列的輸出、輸入是分別從前後端來處理，因此需要兩個變數front以及rear分別記錄隊列的
前後端下標。front會隨著數據輸出而改變，而rear則是隨著數據的輸入而改變。
package sparsearray;
import java.util.Scanner;
public class MyArrayQueue {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個隊列
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
char key = ' '; //接受用戶輸入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
// 輸出一個菜單
while (loop) {
System.out.println("s(show): 顯示隊列");
System.out.println("e(exit): 退出程式");
System.out.println("a(add): 添加數據到隊列");
System.out.println("g(get): 從隊列取出數據");
System.out.println("h(head): 顯示隊首的數據");
key = scanner.next().charAt(0); // 接收一個字元
switch (key) {
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("請要添加的數");
int value = scanner.nextInt();
arrayQueue.addQueue(value);
break;
case 'g':
try {
int res = arrayQueue.getQueue();
System.out.printf("取出的數據是：%d", res);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
int headValue = arrayQueue.showHeadQueue();
System.out.printf("隊首數據是：%d", headValue);
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
scanner.close();
loop = false;
break;
}
}
System.out.println("退出程式");
}
}
// 把隊列抽象成一個類，ArrayQueue
class ArrayQueue {
//表示數組最大容量
private int maxSize;
// 隊列頭
private int front;
// 隊列尾
private int rear;
// 用於存放數據的數組
private int[] arr;
// 構造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize];
front = -1; // 指向隊首的前一個位置
rear = -1; // 指向隊列尾部，包括隊列最後的這個數據
}
// 判斷隊列是否已經存滿
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1; // 注意這裡的 maxSize-1 為什麼要減1
}
// 判斷隊列是否為空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
// 添加數據到隊列
public void addQueue(int num) {
// 判斷隊列是否滿了
if (isFull()) {
System.out.println("隊列已滿，不可加入數據");
return;
}
rear++; // 讓rear後移
arr[rear] = num;
}
// 拿出隊列數據
public int getQueue() {
// 判斷隊列是否空
if (isEmpty()) {
// 拋出異常
throw new RuntimeException("隊列為空，不可取數據");
}
front++; // front後移
return arr[front];
}
// 顯示隊列所有數據
public void showQueue() {
// 遍歷
if (isEmpty()) {
System.out.println("隊列為空");
return;
}
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
}
}
// 顯示隊里的隊首數據
public int showHeadQueue() {
if (isEmpty()) {
// 拋出異常
throw new RuntimeException("隊列為空，不可取數據");
}
return arr[front + 1]; // 注意這裡為甚麼要+1，因為指向隊首的前一個位置
}
}
可以用程式碼分別的進行各項操作，看起來似乎沒問題。
但是，實際是有問題。
這裡創建的數組使用一次就不能接著用了，比如把數據取完後，再往裡加數據就不行了。
所以要對其進行優化，使用演算法，將其改成一個環形隊列，取模：%。
下一章繼續。
