【HuoLe的学习笔记】--数组模拟队列

队列

• 队列是一个有序列表，可以用数组或者链表来实现。
• 遵循先入先出原则。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的数据要后取出。
  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，则队列数组的声明如下图，其中maxSize是该队列的最大容量。
• 因为队列的输出、输入是分别从前后端来处理，因此需要两个变量front及rear分别记录队列前后端的下标，front会随数据输出而改变，而rear则是随着数据输入而改变。
• 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：
  • 1） 将尾指针往后移：rear+1，当front==real【空】
  • 2）若尾指针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】
• Java实现：
  • 首先定义一个ArrayQueue类。

/**
 * 数组模拟队列 ArrayQueue类
 */
public class ArrayQueue {
    private int [] queue;
    private int front;
    private int rear;
    //构造函数
    public ArrayQueue(int MaxSize){
        queue = new int[MaxSize];
        front = -1;//指向队列头部的前一个位置
        rear = -1;//指向队列尾部
    }
    //向队列中添加数据
    public void addQueue(int num){
        //判断队列是否已满
        if (rear == queue.length-1){
            System.out.println("队列已满:\n" + num + "无法加入队列");
        }else {
            rear++;
            queue[rear] = num;
        }
    }
    //抛出队列的数据
    public void popQueue(){
        //判断队列是否为空
        if (front == rear || queue.length < 1){
            System.out.println("队列为空！");
        }else {
            front++;
            System.out.println(queue[front]);
            queue[front] = 0;
        }
    }
    //获取当前队列长度
    public void getSize(){
        System.out.println(rear - front);
    }
    //显示当前队列所有数据
    public void showQueue(){
        if (queue.length >= 1 && rear != front){
            System.out.println("队列中的元素为：");
            for (int i = 0; i < queue.length; i++){
                System.out.printf("%d\t",queue[i]);
            }
            System.out.println("");
        }else {
            System.out.println("队列为空！");
        }
    }
    //显示队列的头数据
    public void showHead(){
        if (front == rear ||queue.length < 1){
            System.out.println("队列为空！");
        }else {
            System.out.println(queue[front+1]);
        }
    }
}

• 建立TestQueue来测试所定义的数组模拟队列ArrayQueue类

import java.util.Scanner;

public class TestQueue {
    public static void main(String[] args){
        int MaxSize = 3;//队列长度
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(MaxSize);
        char key = ' ';//接受用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);//扫描用户输入
        boolean loop = true;
        while (loop){
            System.out.println("s(show):显示对列");
            System.out.println("e(exit):退出程序");
            System.out.println("a(add):添加数据到队列");
            System.out.println("p(pop):从队列中取出数据");
            System.out.println("h(head):查看队列头数据");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'p':
                    queue.popQueue();
                    break;
                case 'h':
                    queue.showHead();
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    }
}

• 运行结果：

TestQueue
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
a
请输入一个数
2
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
a
请输入一个数
2
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
a
请输入一个数
2
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
a
请输入一个数
1
队列已满:
1无法加入队列
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
p
2
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
s
队列中的元素为：
0	2	2	
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据

• 存在问题：

1. 从队列中取出数据后，原数据位置没有清空（而是变为0），导致队列长度不变。

s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
s
队列中的元素为：
0	2	2	

2. 队列中的数据取完后无法继续添加数据：

p
队列为空！
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
a
请输入一个数
1
队列已满:
1无法加入队列
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据

数组模拟环形队列：

• 对前面的数组模拟队列的优化，充分利用数组。将数组看作是一个环形的（通过取模%的方式实现即可）。

• 分析说明：

  • front变量的含义做一个调整：front就指向队列的第一个元素，即front初始值为0

  • rear变量的含义做一个调整：rear指向队列的最后一个元素的后一个位置，因为希望空出一个空间作为约定，即rear初始值为0

  • 尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即将队列容量空出一个作为约定，这个在做判断队列满的时候需要注意(rear + 1) % maxSize == front 【满】

  • rear == front 【空】

  • 有效数据个数：(rear + maxSize - front) % maxSize

• Java实现：

/**
 * 数组模拟环形队列 ArrayQueue类
 */
public class ArrayQueue {
    private int [] queue;
    private int front;
    private int rear;
    private int maxSize;
    //构造函数
    public ArrayQueue(int MaxSize){
        maxSize = MaxSize;
        queue = new int[MaxSize];
        front = 0;//指向队列头部
        rear = 0;//指向队列尾部的后一个位置
    }
    //判断队列是否已满
    public boolean isFull(){
        return (rear+1) % maxSize == front;
    }
    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }
    //向队列中添加数据
    public void addQueue(int num){
        //判断队列是否已满
        if (isFull()){
            System.out.println("队列已满:\n" + num + "无法加入队列");
        }else {
            queue[rear] = num;
            //将rear后移，这里必须考虑取模
            rear = (rear + 1) % maxSize;
        }
    }
    //抛出队列的数据
    public void popQueue(){
        //判断队列是否为空
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列为空！");
        }else {
            System.out.println(queue[front]);
            queue[front] = 0;
            front = (front + 1) % maxSize;
        }
    }
    //获取当前队列长度
    public int getSize(){
        return  (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }
    //显示当前队列所有数据
    public void showQueue(){
        if (!isEmpty()){
            System.out.println("队列中的元素为：");
            //从front开始遍历
            for (int i = front; i < front + getSize(); i++){
                System.out.printf("%d\t",queue[i % maxSize]);
            }
            System.out.println("");
        }else {
            System.out.println("队列为空！");
        }
    }
    //显示队列的头数据
    public void showHead(){
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列为空！");
        }else {
            System.out.println(queue[front % maxSize]);
        }
    }
}

• 建立TestQueue来测试所定义的数组模拟环形队列ArrayQueue类

import java.util.Scanner;

public class TestQueue {
    public static void main(String[] args){
        int MaxSize = 4;//队列长度
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(MaxSize);
        char key = ' ';//接受用户输入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);//扫描用户输入
        boolean loop = true;
        while (loop){
            System.out.println("s(show):显示对列");
            System.out.println("e(exit):退出程序");
            System.out.println("a(add):添加数据到队列");
            System.out.println("p(pop):从队列中取出数据");
            System.out.println("h(head):查看队列头数据");
            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
            switch (key){
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个数");
                    int value = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(value);
                    break;
                case 'p':
                    queue.popQueue();
                    break;
                case 'h':
                    queue.showHead();
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    }
}

• 运行结果：

TestQueue
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
a
请输入一个数
33
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
a
请输入一个数
44
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
a
请输入一个数
55
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
a
请输入一个数
66
队列已满:
66无法加入队列
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据
s
队列中的元素为：
33	44	55	
s(show):显示对列
e(exit):退出程序
a(add):添加数据到队列
p(pop):从队列中取出数据
h(head):查看队列头数据

本文地址：https://blog.csdn.net/qq_34494438/article/details/112250568