Java----队列（Queue）

1.队列（Queue）

1.1概念

1.2队列的使用

1.3队列的模拟实现

1.4循环队列

1.4.1循环队列下标偏移

1.4.2如何区分队列是空还是满

1.5双端队列 (Deque)

1.队列（Queue）

1.1概念

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出FIFO(First In First Out) 入队列：进行插入操作的一端称为队尾（Tail/Rear）出队列：进行删除操作的一端称为队头（Head/Front）

生活实例：

食堂排队打饭，先排队的先打到饭

1.2队列的使用

在Java中，Queue是个接口，底层是通过链表实现的。

队列的方法：

方法	功能
boolean oﬀer(E e)	入队列
E 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

注意：Queue是个接口，在实例化时必须实例化LinkedList的对象，因为LinkedList实现了Queue接口。

public static void main(String[] args) {
    Queue<Integer> q = new LinkedList<>();
    q.oﬀer(1);
    q.oﬀer(2);
    q.oﬀer(3);
    q.oﬀer(4);
    q.oﬀer(5);                  // 从队尾入队列
    System.out.println(q.size());
    System.out.println(q.peek());  // 获取队头元素
    
    q.poll();
    System.out.println(q.poll());  // 从队头出队列，并将删除的元素返回
    
    if(q.isEmpty()){
        System.out.println("队列空");
   }else{
        System.out.println(q.size());
   }
}

1.3队列的模拟实现

队列中既然可以存储元素，那底层肯定要有能够保存元素的空间，通过前面线性表的学习了解到常见的空间类型有两种：顺序结构和链式结构。

public class Queue {
    // 双向链表节点
    public static class ListNode{
        ListNode next;
        ListNode prev;
        int value;
 
        ListNode(int value){
            this.value = value;
       }
   }
 
    ListNode ﬁrst;   // 队头
    ListNode last;    // 队尾
    int size = 0;
 
    // 入队列---向双向链表位置插入新节点
    public void oﬀer(int e){
        ListNode newNode = new ListNode(e);
        if(ﬁrst == null){
            ﬁrst = newNode;
            // last = newNode;
       }else{
            last.next = newNode;
            newNode.prev = last;
            // last = newNode;
       }
 
        last = newNode; 
        size++;
   }
 
    // 出队列---将双向链表第一个节点删除掉
    public int poll(){
        // 1. 队列为空
        // 2. 队列中只有一个元素----链表中只有一个节点---直接删除
        // 3. 队列中有多个元素---链表中有多个节点----将第一个节点删除
        int value = 0;
        if(ﬁrst == null){
            return null;
       }else if(ﬁrst == last){
            last = null;
            ﬁrst = null;
       }else{
            value = ﬁrst.value;
            ﬁrst = ﬁrst.next;
            ﬁrst.prev.next = null;
            ﬁrst.prev = null;
       }
        --size;
        return value;
   }
 
    // 获取队头元素---获取链表中第一个节点的值域
    public int peek(){
        if(ﬁrst == null){
            return null;
       }
 
        return ﬁrst.value;
   }
 
    public int size() {
        return size;
   }
 
    public boolean isEmpty(){
        return ﬁrst == null;
   }
}

1.4循环队列

实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。环形队列通常使用数组实现。

1.4.1循环队列下标偏移

往后偏移offset个单位

index是当前位置数组下标，offset是需要往后走的单位

偏移后数组下标计算：（index+offset）%array.length

往前偏移offset个单位

index是当前位置数组下标，offset是需要往后走的单位

偏移后数组下标计算：（index+array.length-offset）%array.length

往前走offset步就相当于往后走array.length-offset步

1.4.2如何区分队列是空还是满

1. 通过添加 size 属性记录，如果size等于数组长度则满，否则不满

2. 保留一个位置，

3. 使用标记，判断尾的下一个是不是头

622. 设计循环队列 - 力扣（LeetCode）

设计你的循环队列实现。循环队列是一种线性数据结构，其操作表现基于 FIFO（先进先出）原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。

循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里，一旦一个队列满了，我们就不能插入下一个元素，即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列，我们能使用这些空间去存储新的值。

你的实现应该支持如下操作：

MyCircularQueue(k): 构造器，设置队列长度为 k 。
Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 -1 。
Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 -1 。
enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
isFull(): 检查循环队列是否已满。

方法：

class MyCircularQueue {

private int front;
private int rear;
private int[]arr;
private int k;

    public MyCircularQueue(int k1) {
k=k1+1;
arr=new int[k];
    }
    
    public boolean enQueue(int value) {
if(isFull()){
    return false;
}
arr[rear]=value;
rear=(rear+1)%k;
return true;
    }
    
    public boolean deQueue() {
if(isEmpty()){
    return false;
}
front=(front+1)%k;
return true;
    }
    
    public int Front() {
if(isEmpty()){
    return -1;
}
return arr[front];
    }
    
    public int Rear() {
if(isEmpty()){
    return -1;
}
return arr[(rear-1+k)%k];
    }
    
    public boolean isEmpty() {
return front==rear;
    }
    
    public boolean isFull() {
return (rear+1)%k==front;
    }
}

1.5双端队列 (Deque)

双端队列（deque）是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列，deque 是 “double ended queue” 的简称。那就说明元素可以从队头出队和入队，也可以从队尾出队和入队

Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList的对象。

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();//双端队列的线性实现
Deque<Integer> queue = new LinkedList<>();//双端队列的链式实现

用队列实现栈

225. 用队列实现栈 - 力扣（LeetCode）

请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通栈的全部四种操作（push、top、pop 和 empty）。

实现 MyStack 类：

void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。
int pop() 移除并返回栈顶元素。
int top() 返回栈顶元素。
boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false 。

方法：

使用两个队列，队列一用来存储数据，队列二始终保持空，当入栈时，将数据入队到队列二，然后将队列一的数据出队后入队到队列二，将队列一和队列二互换，使得队头放后放入的数据，队尾放先放入的数据，完成入栈

出栈：出队队列一

top：返回队列一的队头元素

判断是否为空：调用isEmpty方法判断队列是否为空

class MyStack {
        Queue<Integer>que1;
        Queue<Integer>que2;

    public MyStack() {
que1=new LinkedList<>();
que2=new LinkedList<>();
    }
    
    public void push(int x) {
que2.offer(x);
while(!(que1.isEmpty())){
    que2.offer(que1.poll());
}
Queue<Integer>tmp=que1;
que1=que2;
que2=tmp;
    }
    
    public int pop() {
return que1.poll();
    }
    
    public int top() {
return que1.peek();
    }
    
    public boolean empty() {
return que1.isEmpty();
    }
}

用栈实现队列

232. 用栈实现队列 - 力扣（LeetCode）

请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作（push、pop、peek、empty）：

实现 MyQueue 类：

void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾
int pop() 从队列的开头移除并返回元素
int peek() 返回队列开头的元素
boolean empty() 如果队列为空，返回 true ；否则，返回 false

方法：

创建两个栈，一个用来模拟入队，一个用来模拟出队，入队时，压栈进stack1，出队时先调用peek方法，然后再stack2出栈，peek方法是先判断stack2是否为空，不为空返回栈顶元素，为空就看stack1是否也为空，都为空说明队列为空，不为空就将stack1的元素出栈再压栈到stack2中，然后返回stack2的栈顶元素

判断是否为空，就判断两个栈是否都为空

class MyQueue {
private Stack<Integer> stack1;
private Stack<Integer> stack2;

    public MyQueue() {
stack1=new Stack<>();
stack2=new Stack<>();
    }
    
    public void push(int x) {
stack1.push(x);
    }
    
    public int pop() {
peek();
return stack2.pop();
}
    
    
    public int peek() {
        if(!stack2.isEmpty()){
            return stack2.peek();
        }
        if(stack1.isEmpty()){
            return -1;
        }
while(!stack1.isEmpty()){
    stack2.push(stack1.pop());
}
return stack2.peek();
    }
    
    public boolean empty() {
return stack1.isEmpty()&&stack2.isEmpty();
    }
}