目录
- 1. 队列概念
- 2. 模拟实现队列
- 2.1 链式队列
- 2.2 循环队列
- 3. 双端队列
- 4. 队列的应用
- 4.1 用队列实现栈
- 4.2 用栈实现队列
1. 队列概念
队列是一种只能在一端进行插入数据操作，另一端进行删除数据操作的数据结构，插入数据的叫队尾，删除数据的叫队头。类似于生活中的排队打饭，进入队列中只能从队伍的后面进入，出队只能在队头出。队列是一种先进先出的数据结构。
2. 模拟实现队列
队列有链式结构和顺序结构两种，Java中的Queue接口底层是链式结构，包含方法如下：
add和offer表示入队，remove和poll表示出队，element和peek表示获取队头的元素（不删除）。
2.1 链式队列
Java的Queue底层是用双向链表实现的，所以我们也用双向链表模拟实现
public class MyQueue<E> {
//使用双向链表
static class ListNode {
public ListNode next;//前驱
public ListNode prev;//后继
public Object val;//值
//构造方法用于初始化
public ListNode(Object val) {
this.val = val;
}
}
public ListNode head;//头
public ListNode tail;//尾
//入队->只能从尾部入队(尾插)
public void offer(E val) {
ListNode newNode = new ListNode(val);
//第一次入队
if (tail == null) {
head = tail = newNode;
return;
}
tail.next = newNode;
newNode.prev = tail;
tail = newNode;
}
//出队->只能从头部出队(头删)
public E poll() {
if (empty()) {
return null;
}
Object ret = head.val;
head = head.next;
head.prev = null;
return (E) ret;
}
//获取队头元素
public E peek() {
if (empty()) {
return null;
}
return (E)head.val;
}
//判断队列是否为空
public boolean empty() {
return head == null;
}
}
2.2 循环队列
循环队列是使用数组实现的，循环队列的结果如图
循环队列的原理： 循环队列看似乎结果成环，其实底层是连续的数组，实现循环的是队头(front)和队尾(rear)两个变量，front下标表示队列的第一个元素，rear下标则是队尾的下一个位置。队列为空的条件：front==rear，队列满了的条件：（rear+1）%数组长度 ==front
代码实现：
public class round_robinQueue<E> {
public Object[] elem;//数组
public int front;//队头
public int rear;//队尾
//k表示容量
public round_robinQueue(int k) {
this.elem = new Object[k + 1];//浪费一个空间,所以申请了k+1个空间
}
//入队一个元素
public boolean offer(E value) {
//满了不能插
if (isFull()) {
return false;
}
elem[rear] = value;
rear = (rear + 1) % elem.length;
return true;
}
//出队一个元素
public boolean poll() {
if (isEmpty()) {
return false;
}
front = (front + 1) % elem.length;
return true;
}
//获取队头元素
public E getFront() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
return (E) elem[front];
}
//获取队尾元素
public E Rear() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
//rear指向的是下一个位置,不是最后一个元素,如果rear=0,会越界
if (rear == 0) {
return (E) elem[elem.length - 1];
}
return (E) elem[rear - 1];
}
public boolean isEmpty() {
return front == rear;
}
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % elem.length == front;
}
}
3. 双端队列
双端队列指允许两端都可以进行入队、出队操作的队列，Java中可以使用Deque这个接口，有顺序实现ArrayDeque和链式实现LinkedList
4. 队列的应用
4.1 用队列实现栈
题目链接：用队列实现栈
解题思路： 首先，只使用一个队列是不行的，需要两队列。
实现逻辑： 入栈操作：将元素放入不为空的队列(如果是第一次入栈，两个队列都可以)。出栈操作：将不为空的队列中的n-1个元素放入另一个队列中，最后将剩下的元素出队。获取栈顶元素：将不为空的队列中所有的元素放入另一个队列中，返回最后一个元素即可
代码：
class MyStack {
public Queue<Integer> q1;
public Queue<Integer> q2;
public MyStack() {
q1 = new LinkedList<>();
q2 = new LinkedList<>();
}
//入栈
public void push(int x) {
//如果都为空,在q1中添加
if (empty()) {
q1.offer(x);
return;
}
if (q1.isEmpty()) {
q2.offer(x);
} else {
q1.offer(x);
}
}
//出栈
public int pop() {
//如果模拟栈为空,返回
if (empty()) {
return -1;
}
if (!q1.isEmpty()) {
//q1不为空
int size = q1.size();
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
q2.offer(q1.poll());
}
return q1.poll();
} else {
int size = q2.size();
for (int i = 0; i < size - 1; i++) {
q1.offer(q2.poll());
}
return q2.poll();
}
}
//获取栈顶元素
public int top() {
//如果模拟栈为空,返回
if (empty()) {
return -1;
}
if (!q1.isEmpty()) {
//q1不为空
int size = q1.size();
int ret = -1;
for (int i = 0; i < size; i++) {
ret = q1.poll();
q2.offer(ret);
}
return ret;
} else {
int size = q2.size();
int ret = -1;
for (int i = 0; i < size; i++) {
ret = q2.poll();
q1.offer(ret);
}
return ret;
}
}
//判断模拟栈是否为空,如果两个队列都为空则为空
public boolean empty() {
return q1.isEmpty() && q2.isEmpty();
}
}
4.2 用栈实现队列
题目链接： 用栈实现队列
解题思路： 使用两个栈实现队列，入队和出队的逻辑：其中一个栈(s1)只进行入栈操作，表示入队列；另一个栈(s2)只进行出栈操作，表示出队，如果s2空了再将s1中所有元素都入s2这个栈
代码：
class MyQueue {
public Stack<Integer> s1;
public Stack<Integer> s2;
public MyQueue() {
s1 = new Stack<>();
s2 = new Stack<>();
}
public void push(int x) {
s1.push(x);
}
public int pop() {
if (empty()) {
return -1;
}
//如果s2为空,把s1的所有元素拿过来
if (s2.empty()) {
while (!s1.empty()) {
s2.push(s1.pop());
}
}
return s2.pop();
}
public int peek() {
if (empty()) {
return -1;
}
//如果s2为空,把s1的所有元素拿过来
if (s2.empty()) {
while (!s1.empty()) {
s2.push(s1.pop());
}
}
return s2.peek();
}
public boolean empty() {
return s1.empty() && s2.empty();
}
}
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