Java 学习笔记 Day2: 队列
队列的定义：有序列表（数组或链表）
遵循先入先出原则（FIFO）
队列的前后端：
普通队列的三种情况：
1. front == rear （空）
2. front<rear 且 rear< maxSize-1
3. rear == maxSize-1（满）
注意：front指向队列的前一个位置（即front从-1开始）；
rear就是队列的最后一个数据
普通队列代码实现：
import java.util.Scanner;
public class ArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args){
array_queue queue = new array_queue(3);
char key = ' ';
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
while (loop){
System.out.println("s(show):显示队列");
System.out.println("e(exit):退出程序");
System.out.println("a(add):添加数据到队列");
System.out.println("h(head):查看队列头数据");
System.out.println("g(get):取出数据");
key = scanner.next().charAt(0);
switch(key){
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
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.getQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
}catch(Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
System.out.println("程序退出");
}
}
}
class array_queue{
private int maxSize;
private int front;
private int rear;
private int[] arr;
//创建队列构造器
public array_queue(int arrMaxSize){
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int [maxSize];
front = -1;
rear =-1;
}
public boolean isFull(){
return rear==maxSize-1;
}
public boolean isEmpty(){
return rear == front;
}
public void addQueue(int n){
if(isFull()){
System.out.println("队列满，不能加入数据");
return;
}
rear++;
arr[rear] = n;
}
public int getQueue(){
if(isEmpty()){
//通过抛异常处理，throw直接return
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
front++;
return arr[front];
}
public void showQueue(){
if(isEmpty()){
System.out.println("队列空，无数据");
return;
}
for (int i=0; i<arr.length;i++){
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
}
}
public int headQueue(){
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
}
return arr[front+1];
}
}
然而以上代码存在一个问题，当所有数据被取出之后，front == rear == maxSize-1（即队列被认定为又空又满），之后不能再存储数据，即该队列只能使用一次。
环形队列
为了解决这个问题，首先需要调整队列的构造形式，让到达Maxsize的rear能够回到空出的空位，于是将队列构造成环形。
在队伍变成环形之后，规定front指向第一个数据，rear指向最后一个数据的后一个位置，判空的方式不变，仍为front==rear。但为了避免判空和判满条件重合的情况出现，我们需要在最后一个数据之后预留一个空位置，并使rear指向空位置，从而保证队伍满员时front和rear不会指向同一个位置。添取数据时有两种情况：
- front小于rear
假设front小于rear，那么队列的元素个数就为rear-front个，那么判满条件就为rear-front=Maxsize-1（注意此时预留了一个空位，队列的最大长度是Maxsize-1） - front大于rear
当front大于rear时，rear之前的元素个数为rear个，front之后的元素为Maxsize-front个，总元素数为Maxsize-front+rear个。判满条件为Maxsize-front+rear=Maxsize-1
于是此时问题就出现了，1条件下判满条件是rear-front+1 == Maxsize，2条件下是rear-front+1 == 0，要如何综合这两种情况？
相信聪明的你一定想到了（？），那就是 (rear-front+1)%Maxsize == 0（有些形式写成(rear + 1)%maxSize == front，本质上是一样的，可以验证 ）。
综上，环形队列的情况为：
1. front == rear （空）
2.(rear-front+1)%Maxsize == 0（满）
环形队列实现：
import java.util.Scanner;
public class CircularQueueDemo {
public static void main(String[] args){
System.out.println("测试环形队列");
circular_queue queue2 = new circular_queue(6);//有效数据为3
char key = ' ';
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
while (loop){
System.out.println("s(show):显示队列");
System.out.println("e(exit):退出程序");
System.out.println("a(add):添加数据到队列");
System.out.println("h(head):查看队列头数据");
System.out.println("g(get):取出数据");
key = scanner.next().charAt(0);
switch(key){
case 's':
queue2.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
queue2.addQueue(value);
break;
case 'g':
try{
int res = queue2.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 = queue2.getQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n",res);
}catch(Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e':
scanner.close();
loop = false;
break;
case 'f':
System.out.println(queue2.Front());
break;
case 'r':
System.out.println(queue2.Rear());
break;
default:
break;
}
System.out.println("程序退出");
}
}
}
class circular_queue{
private int maxSize;
private int front;
private int rear;
private int[] arr;
//创建队列构造器
public circular_queue(int arrMaxSize){
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int [maxSize];
}
public int Front(){
return front;
}
public int Rear(){
return rear;
}
public boolean isFull(){
return (rear-front+1) % maxSize == 0;
}
public boolean isEmpty(){
return rear == front;
}
public void addQueue(int n){
if(isFull()){
System.out.println("队列满，不能加入数据");
return;
}
arr[rear] = n;
rear=(rear+1)%maxSize;
}
public int getQueue(){
if(isEmpty()){
//通过抛异常处理，throw直接return
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
int value = arr[front];
front = (front + 1)%maxSize;
return value;
}
public int size(){
if(front<rear){
return rear-front;
}
if(front>rear){
return maxSize-front+rear;
}
return 0;
}
public void showQueue(){
if(isEmpty()){
System.out.println("队列空，无数据");
return;
}
for (int i=front; i<size()+front;i++){
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i%maxSize,arr[i%maxSize]);
}
}
public int headQueue(){
if(isEmpty()){
throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
}
return arr[front];
}
}
之后如果遇到更多与队列相关内容，会在这里持续更新~
此文章的代码部分来自于b站用户尚硅谷的java数据结构教程：https://www.bilibili.com/video/BV1E4411H73v?p=15
在此对老师们的付出表示衷心感谢~