文章目录
- 队列的概念
- 链表实现栈
- 设计循环队列
- 总结
队列的概念
队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。
队列是一种先进先出的数据结构,注意和栈进行区分,不要记混.
队列的实现有链式结构和顺序结构,接下来会使用链表和数组分别实现队列
队列中的方法有以下这些:
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| offer(E e) | 入队列 |
| poll() | 出队列 |
| peek() | 获取队头元素 |
| int size() | 获取队列中有效元素个数 |
| boolean isEmpty() | 检测队列是否为空 |
接下来来实现这些功能
链表实现栈
链表实现栈有以下点需要注意:
- 入队只能在队尾增加元素,可以遍历到最后一个元素,再进行增加元素 但每次入队都要进行遍历,就会很慢,为了解决这个问题,可以用tail记录下来最后一个元素,这样入队时,直接用tail就可以了
- 在出队时要注意空指针异常,也就是当前队列为空的情况 我这里解决的方法是使用自定义异常也可以使用别的方法来解决
- 除了空队列的这种情况,还要考虑只有一个元素的情况,如果入队的元素是第一个,要将head和tail同时指向要入队的结点. 如果当前队列只有一个元素,进行出队时,要将head和tail都置为null
代码如下:
public class MyQueue extends MyNullException{
static class Node{
public int val;
public Node next;
public Node(int val) {
this.val = val;
}
}
public Node head;
public Node tail;
/**
* 入队
* add与offer的区别
* @param val
*/
public void offer(int val){
Node node = new Node(val);
if (isEmpty()){
head = node;
tail = node;
}else {
tail.next = node;
tail = tail.next;
}
}
/**
* 出队
* @return
*/
public int poll(){
if (isEmpty()){
throw new MyNullException("当前队列为空,出队失败!");
}
int ret = head.val;
if (head.next == null){
head = null;
tail = null;
}else {
head = head.next;
}
return ret;
}
/**
* 查看队头元素
* @return
*/
public int peek(){
if (isEmpty()){
throw new MyNullException("当前队列为空,查看失败!");
}
return head.val;
}
public boolean isEmpty(){
return head == null;
}
public int size(){
int ret = 0;
Node cur = head;
while (cur != null){
ret++;
cur = cur.next;
}
return ret;
}
}
public class MyNullException extends RuntimeException{
public MyNullException(){
}
public MyNullException(String message){
super(message);
}
}
设计循环队列
接下来用数组来实现队列,用数组来实现队列注意是采用循环队列这种方式
一般情况下,这样实现队列会有什么问题,首先队列出队是从队头出元素,队尾新增元素,出队时只需要front往前走一步,入队只需要让数组的rear下标设置为要增加元素的值,再让rear往后走一步就行,但是数组的长度是有限的,如果当前数组满了,就需要进行扩容,但之前如果频繁出队会造成数组的前面空间大量的浪费.
因此为了解决这个问题,推荐使用数组设计一个循环队列,循环队列最大的特点就是 front 可以不从0下标开始放数据,而rear也可以在队列不满的情况下,即使到了数组的最后一个元素,可以接着从0下标开始存放数据
看下图:
上图可知:front是从1下标开始存放元素的,如果此时rear下标是9,在入队一个元素,如何让9到0下标呢?此时就不能只让rear自增1了,而要让rear+1后进行取余
入队时: rear = (rear+1) % 数组长度;
出队时: front = (front+1) % 数组长度;
那么接下来要考虑一个问题,什么时候这个队列是满的?front等于rear?
front等于rear也可能是空队列,为了解决这个问题,有两种方法:
使用计数器,将数组中元素的有效个数记录下来浪费一个空间,也就是当 (rear+1) % 数组长度== front 时为队列满这种情况
代码如下:
public class MyCircularQueue{
public int[] elem;
public int usedSize;// 有效个数
public int front;
public int rear;
public MyCircularQueue(int k){
this.elem = new int[k+1];
}
/**
* 入队
* 如果需要扩容,就需要考虑从哪里开始拷贝
* @param val
* @return
*/
public boolean enQueue(int val){
if (!isFull()){
elem[rear] = val;
rear = (rear+1) % elem.length;
// usedSize++;
return true;
}else{
return false;
}
}
/**
* 出队
* @return
*/
public boolean deQueue(){
if (isEmpty()){
return false;
}else {
front = (front+1) % elem.length;
// usedSize--;
return true;
}
}
/**
* 获取队头元素
* @return
*/
public int Front(){
if (isEmpty()){
return -1;
}else {
return elem[front];
}
}
/**
* 获取队尾元素
* 注意下标: 0和elem.length的时候
* @return
*/
public int Rear(){
if (isEmpty()){
return -1;
}
return (rear == 0) ? elem[elem.length-1] : elem[rear-1];
}
/**
* 判断当前队列是否满了
* @return
*/
public boolean isFull(){
/*if (usedSize == elem.length){
return true;
}
return false;*/
return (rear+1) % elem.length == front;
}
/**
* 判断队列是否为空
* @return
*/
public boolean isEmpty(){
/*if (usedSize == 0){
return true;
}
return false;*/
return rear == front;
}
}
总结
- 队列是先进先出的数据结构,不要和栈记混淆了.
- 掌握链表实现栈,以及循环队列的原理
- 熟悉循环队列中什么情况下队列满了 出队和入队时 front和rear 怎么进行调整
