队列介绍
- 队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。、
- 遵循先入先出的原则。 （先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出）
数组模拟队列
-
队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的声明图如下，其中maxSize是该队列的最大容量。
-
因为队列的输入、输出分别是前后端来处理，因此需要两个变量front及rear分别记录队列前后端的下标，front会随着数据输出而改变，而rear则是随着数据输入而改变，具体如图。
当我们将数据存入队列时称为“addQueue”，addQueue的处理需要有两个步骤：（思路分析）
- 将尾指针向后移动 rear+1，当front==rear【空】
- 若尾部指针rear小于队列的最大下标maxSize -1 ，则将数据存入rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。rear == maxSize -1【队列满】
第一版代码：
package com.queue;
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建一个队列
ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
// 写一个循环控制用户操作
char key = ' ';
Scanner sc = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
//输出一个菜单列表
while (loop){
System.out.println("s: 显示队列");
System.out.println("e: 退出程序");
System.out.println("a: 添加元素到队列");
System.out.println("g: 从队列取出数据");
System.out.println("h: 获取队列头的数据");
key = sc.next().charAt(0);
switch (key){
case 's':
arrayQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输入你要添加的数");
int num = sc.nextInt();
arrayQueue.addQueue(num);
break;
case 'g':
try {
System.out.println("取出数据为"+ arrayQueue.getQueue());
}catch (Exception e){
//TODO 处理异常
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
System.out.println("该队列头数据为"+arrayQueue.peekQueue());
}catch (Exception e){
//TODO 处理异常
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
sc.close();
loop = false;
break;
}
}
System.out.println("再见~~~");
}
}
//使用数组模拟队列 编写一个类Queue
class ArrayQueue {
private int maxSize;//表示数组的最大容量
private int front;//头指针
private int rear;//尾指针
private int[] arr;//数组存放数据，完成队列结构
//创建构造器
//构造器中对队列进行初始化
public ArrayQueue(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
this.arr = new int[this.maxSize];
//指向队列头部 分析指向队列头的前一个位置
this.front = -1;
//指向队列尾部 指向队列尾的数据（即包含队列最后一个数据）
this.rear = -1;
}
//判断队列是否满
public boolean isFull() {
return rear == maxSize - 1;
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
//添加数据（进队列）
public void addQueue(int element) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列满，不能加入数据");
return;
}
rear++;
arr[rear] = element;
}
//获取数据（出队列）
public int getQueue() {
if (isEmpty()) {
//如果为空抛出异常
throw new RuntimeException("队列空，不能获取数据");
}
front++;
return arr[front];
}
//展示当前队列
public void showQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列空，无遍历内容");
}
for (int i = front + 1; i < rear+1; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\t", i, arr[i]);
}
}
//获取队列第一个元素，和出队列不同
public int peekQueue() {
if (isEmpty()) {
//如果为空抛出异常
throw new RuntimeException("队列空");
}
return arr[front + 1];
}
}
问题分析
- 当前的数组使用一次之后就不能使用了
- 将这个数组使用算法搞成环形数列
优化成环形数组
思路如下：（这只是一种思路，也可以根据自己的思路进行、宗旨就是将数组头尾连接成为一个环形。）
- front变量的含义有所调整：front就指向队列的第一个元素，也就是说arr[front] 就是队列的第一个元素
- rear变量的含义：rear指向队列的最后一个元素的后一个位置。希望空出一个空间作为一个约定。
- 当队列满时，
(rear + 1) % maxSize == front。 - 当队列空时，
rear == front（与原先没有变化）。 - 当这样规定以后队列中有效的数字个数为(rear - front + maxSize) % maxSize
- 根据这个思路我们可以在这个基础上进行修改，得到环形队列。
- front和rear的初始值都是0。
代码实现
import java.util.Scanner;
//通过取模的方式实现环形列表
public class CircleQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("-------测试数组完成环形队列的案例--------");
//创建一个队列 这里设置最大大小为4但是实际使用大小为3
CircleQueue circleQueue = new CircleQueue(4);
// 写一个循环控制用户操作
char key = ' ';
Scanner sc = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
//输出一个菜单列表
while (loop) {
System.out.println("s: 显示队列");
System.out.println("e: 退出程序");
System.out.println("a: 添加元素到队列");
System.out.println("g: 从队列取出数据");
System.out.println("h: 获取队列头的数据");
key = sc.next().charAt(0);
switch (key) {
case 's':
circleQueue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输入你要添加的数");
int num = sc.nextInt();
circleQueue.addQueue(num);
break;
case 'g':
try {
System.out.println("取出数据为" + circleQueue.getQueue());
} catch (Exception e) {
//TODO 处理异常
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h':
try {
System.out.println("该队列头数据为" + circleQueue.peekQueue());
} catch (Exception e) {
//TODO 处理异常
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
sc.close();
loop = false;
break;
}
}
System.out.println("再见~~~");
}
}
class CircleQueue {
private int maxSize;//表示数组的最大容量
private int front;//头指针
private int rear;//尾指针
private int[] arr;//数组存放数据，完成队列结构
public CircleQueue(int maxSize) {
this.maxSize = maxSize;
//todo 因为判断条件的改变这里在用户使用时传入的参数最好自行加1
this.arr = new int[this.maxSize];
//指向队列头部
this.front = 0;
//指向队列尾部 指向队列尾的数据 尾部的后面要空出一个空间作为约定
this.rear = 0;
}
// 获取当前队列的有效元素个数。
public int getSize() {
return (rear - front + maxSize) % maxSize;
}
//判断队列是否满
public boolean isFull() {
return (rear + 1) % maxSize == front;
}
//判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
//添加数据（进队列）
public void addQueue(int element) {
if (isFull()) {
System.out.println("队列满，不能加入数据");
return;
}
arr[rear] = element;
//rear后移一位所以要考虑是否需要重头开始的问题。
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
//获取数据（出队列）
public int getQueue() {
if (isEmpty()) {
//如果为空抛出异常
throw new RuntimeException("队列空，不能获取数据");
}
// 这里需要分析出front指向的是第一个元素，
// 先把front对应的值存放在临时变量中，
// 然后将front后移动 后移的时候要考虑移动位置
int res = arr[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return res;//不需要将原来的位置置空，后期的数据直接覆盖了就行了。
}
//展示当前队列
public void showQueue() {
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列空，无遍历内容");
}
//这一部分的遍历方式是肯定不对了
//for (int i = front + 1; i < rear + 1; i++) {
// System.out.printf("arr[%d]=%d\t", i, arr[i]);
//}
// 先思考 从？开始遍历，遍历？个有效元素
for (int i = front; i < front + getSize(); i++) {
System.out.printf("arr[%d] = %d\t", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
System.out.println();
}
//获取队列第一个元素，和出队列不同
public int peekQueue() {
if (isEmpty()) {
//如果为空抛出异常
throw new RuntimeException("队列空");
}
return arr[front];
}
}
