算法与数据结构之基于数组实现的数组队列和循环队列Java版
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2022-05-04 12:35:50
...
操作
public interface Queue<E> {
void enqueue(E e);
E dequeue();
E getFront();
int getSize();
boolean isEmpty();
}
数组队列
复杂度分析
可以看到出队的时间复杂度为O(n), 因为我们出队的时候,是将第一个元素出队,此后,后面的所有元素都需要向前移动一个位置, 用循环队列可以解决该问题
源码实现
该队列的实现支持扩容和缩容,以下源码中数组Array是引用:
算法与数据结构之动态数组的实现Java版
为了代码结构上的完整性,在上述数组的基础上,添加了两个方法
//获取最后一个位置的元素
public E getLast() {
return get(size - 1); //注意这里为什么不写成return data[size - 1],因为这样写缺少对数组下标的判断
}
//获取第一个位置的元素
public E getFirst() {
return get(0);
}
源码实现
public class ArrayQueue<E> implements Queue<E> {
private Array<E> array;
public ArrayQueue(int capacity) {
array = new Array<>(capacity);
}
public ArrayQueue() {
array = new Array<>();
}
@Override
public void enqueue(E e) {
array.addLast(e);
}
@Override
public E dequeue() {
return array.removeFist();
}
@Override
public E getFront() {
return array.getFirst();
}
@Override
public int getSize() {
return array.getSize();
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return array.isEmpty();
}
public int getCapacity() {
return array.getCapacity();
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append("Queue: ");
res.append("front [");
for(int i = 0; i < array.getSize(); i++) {
res.append(array.get(i));
if (i != array.getSize() - 1) {
res.append(", ");
}
}
res.append("] tail");
return res.toString();
}
}
循环队列
复杂度分析
循环队列采用了两个变量,一个指向队头,另一个指向队尾的下一个元素,如果需要出队的时候,直接用指向队头的变量,取出队头元素,由于也是涉及到数组的扩容和缩容问题,所以均摊时间复杂度为O(1)
源码实现
public class LoopQueue<E> implements Queue<E> {
private E[] data;
private int front, tail;
private int size;
public LoopQueue(int capacity){
data = (E[])new Object[capacity + 1];
front = 0;
tail = 0;
size = 0;
}
public LoopQueue(){
this(10);
}
public int getCapacity(){
return data.length - 1;
}
@Override
public boolean isEmpty(){
return front == tail;
}
@Override
public int getSize(){
return size;
}
@Override
public void enqueue(E e){
if((tail + 1) % data.length == front)
resize(getCapacity() * 2);
data[tail] = e;
tail = (tail + 1) % data.length;
size ++;
}
@Override
public E dequeue(){
if(isEmpty())
throw new IllegalArgumentException("Cannot dequeue from an empty queue.");
E ret = data[front];
data[front] = null;
front = (front + 1) % data.length;
size --;
if(size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0)
resize(getCapacity() / 2);
return ret;
}
@Override
public E getFront(){
if(isEmpty())
throw new IllegalArgumentException("Queue is empty.");
return data[front];
}
private void resize(int newCapacity){
E[] newData = (E[])new Object[newCapacity + 1];
for(int i = 0 ; i < size ; i ++)
newData[i] = data[(i + front) % data.length];
data = newData;
front = 0;
tail = size;
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Queue: size = %d , capacity = %d\n", size, getCapacity()));
res.append("front [");
for(int i = front ; i != tail ; i = (i + 1) % data.length){
res.append(data[i]);
if((i + 1) % data.length != tail)
res.append(", ");
}
res.append("] tail");
return res.toString();
}
public static void main(String[] args){
LoopQueue<Integer> queue = new LoopQueue<>();
for(int i = 0 ; i < 10 ; i ++){
queue.enqueue(i);
System.out.println(queue);
if(i % 3 == 2){
queue.dequeue();
System.out.println(queue);
}
}
}
}