队列详解

队列定义

在这里插入代码片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。

创建队列

创建初始数组 int arr[maxSize] 定义头指针 front = -1，尾指针 rear = -1.

队列的基本操作

添加元素

1. 判断队列是否为满队列，若为满队列则输出提示信息，否则执行2；
2. rear ++ ;
3. arr[rear] = temp;
4. 队列添加元素成功；
   

取出元素

1. 判断队列是否为空，若为空输出错误提示信息，否则执行2
2. front ++;
3. 队列元素成功取出；

判断队列是否为空

1. 若front == rear 则队列为空，否则队列不为空

判断队列是否为满

1. 若 rear == maxSize 则队列为满，否则队列不是满队列
   查看当前元素且不取出
2. 判断队列是否为空，若为空输出错误提示信息，否则执行2
3. Return arr[front+1];

问题分析优化

1. 此方法实现的队列只能使用一次，且空间利用率不高。
2. 可以考虑使用环形队列

环形队列

特点

它是一个首尾相连的FIFO的数据结构，采用数组的线性空间,数据组织简单。能很快知道队列是否满为空。能以很快速度的来存取数据。
因为有简单高效的原因，甚至在硬件都实现了环形队列.

应用

环形队列广泛用于网络数据收发，和不同程序间数据交换（比如内核与应用程序大量交换数据,从硬件接收大量数据）均使用了环形队列.

环形队列的实现

实现环形队列最重要的一个问题就是队空和队满的判断问题，在上面的队列实现方法中判定队满条件为 front == rear。判定队空条件为 rear == maxsize

1. 考虑如何实现数组的循回，假设现在rear== maxSize 那么如何可以使rear指向arr[0]。我们发现（rear++）% maxSize 可以实现数组的循环。

2. 考虑如可判断队满和队空。若不浪费数组空间 则可能出现一下俩种情况：

3. 所以我们可以消耗一个数组空间

则队满状态的判断条件为（rear++）% maxSize == front。队空状态的判断条件为 front == rear。

环形队列基本操作

创建环形队列

创建初始数组 int arr[] 头指针 front = 0，尾指针 rear = 0（注意必须设置为0，否则判断队空，队满会失败），设置数组容量maxSize。

class CircleArray
{
	private int front ;
	private int rear  ;
	private int [] arr;
	private int maxSize;

	public CircleArray(int maxSize) {
		this.arr = new int [maxSize] ;
		this.maxSize = maxSize;
	}
}

判断是否为空队列

1. 判定front==rear是否为真，若为真则队空，否则该队列不为空。

public boolean isEmpty(){
		return this.front == this.rear;
	}

判断是否为满队列

1. 判断（rear+1）% maxSize == front 是否为真，若为真则队满，否则该队列不是满队列。

public boolean isFull(){
		return (this.rear+1) % this.maxSize == this.front;
}

添加元素

1. 判断是否队满，若队满则输出错误提示信息。否则执行2.
2. Rear = (rear+1)%maxSize
3. Arr[rear] = temp;
4. 添加元素成功；

	public void addQueue(int temp){
		if(this.isFull()){
			System.out.println("队列满，不能添加数据");
			return;
		}
		this.rear = (this.rear+1) % this.maxSize;
		this.arr[this.rear] = temp;
	}

取出数据

1. 判断是否队空，若队空则输出错误提示信息。否则执行2.
2. Front = (front+1)%maxSize;
3. 取出数据成功；

	public int  getQueue(){
		if(this.isEmpty()){
			throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
		}
		this.front = (this.front+1) % this.maxSize;
		int value = this.arr[this.front];
		return value;
	}

查看当前元素且不取出

1. 判断是否队空，若队空则输出错误提示信息。否则执行2.
2. Return arr[front+1]

	public int headQueue(){
		if(this.isEmpty()){
			throw new RuntimeException("队列空，无数据");
		}
		return this.arr[(this.front+1) % this.maxSize];
	}

完整代码

import java.util.Scanner;

class CircleArrayQueueDemo 
{
	public static void main(String[] args) 
	{
		 CircleArray queue = new CircleArray(4);
		 char key = ' ';
		 Scanner scanner = new Scanner(System.in);
		 boolean lop = true;
		 while (lop)
		 {
			 System.out.println("e: 退出程序");
			 System.out.println("a: 添加数据");
			 System.out.println("g: 取出数据");
			 System.out.println("h: 查看队列头数据");
			 key = scanner.next().charAt(0);
			 switch (key)
			 {
			 case 'a':
				 System.out.println("输入一个数字");
			 	int value = scanner.nextInt();
				queue.addQueue(value);
				break;
			case 'g':
				try{
					int res = queue.getQueue();
					System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
				}
				catch(Exception e){
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case 'h':
				try{
					int res = queue.headQueue();
					System.out.printf("取出的数据是%d\n",res);
				}
				catch(Exception e){
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case 'e':
				scanner.close();
				lop=false;
				break;

			 }
		 }
		 System.out.println("程序退出");
	}
}
class CircleArray
{
	private int front ;
	private int rear  ;
	private int [] arr;
	private int maxSize;

	public CircleArray(int maxSize) {
		this.arr = new int [maxSize] ;
		this.maxSize = maxSize;
		
	}
	public boolean isEmpty(){
		return this.front == this.rear;
	}
	public boolean isFull(){
		return (this.rear+1) % this.maxSize == this.front;
	}
	public void addQueue(int temp){
		if(this.isFull()){
			System.out.println("队列满，不能添加数据");
			return;
		}
		this.rear = (this.rear+1) % this.maxSize;
		this.arr[this.rear] = temp;
	}
	public int  getQueue(){
		if(this.isEmpty()){
			throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
		}
		this.front = (this.front+1) % this.maxSize;
		int value = this.arr[this.front];
		return value;
	}
	public int headQueue(){
		if(this.isEmpty()){
			throw new RuntimeException("队列空，无数据");
		}
		return this.arr[(this.front+1) % this.maxSize];
	}

}

每日一言：

玫瑰花：＂我并非如此的弱不禁风...夜晚的凉风对我倒有好处。我是一朵花啊。＂
																———  小王子