队列的一个使用场景，银行排队的案例:
一、队列介绍
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队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。
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遵循先入先出的原则。即：先存入队列的数据，要先取出。后存入的要后取出
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示意图：(使用数组模拟队列示意图）
二、数组模拟队列思路
- 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 会随着数据输出而改变，而 rear则是随着数据输入而改变，如图所示:
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：
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思路分析
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将尾指针往后移：rear+1 , 当front == rear 【空】
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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]
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代码实现
public class ArrayQueueDemo { public static void main(String[] args) { //测试一把 //创建一个队列 ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3); char key = ' '; //接收用户输入 Scanner scanner = new Scanner(System.in);// boolean loop = true; //输出一个菜单 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("g(get): 从队列取出数据"); System.out.println("h(head): 查看队列头的数据"); key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符 switch (key) { case 's': queue.showQueue(); break; case 'a': System.out.println("输出一个数"); int value = scanner.nextInt(); queue.addQueue(value); break; case 'g': //取出数据 try { int res = queue.getQueue(); System.out.printf("取出的数据是%d\n", res); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'h': //查看队列头的数据 try { int res = queue.headQueue(); System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception System.out.println(e.getMessage()); } break; case 'e': //退出 scanner.close(); loop = false; break; default: break; } } System.out.println("程序退出~~"); } } // 使用数组模拟队列-编写一个 ArrayQueue 类 class ArrayQueue { private int maxSize; // 表示数组的最大容量 private int front; // 队列头 private int rear; // 队列尾 private int[] arr; // 该数据用于存放数据, 模拟队列 // 创建队列的构造器 public ArrayQueue(int arrMaxSize) { maxSize = arrMaxSize; arr = new int[maxSize]; front = -1; // 指向队列头部，分析出 front 是指向队列头的前一个位置. rear = -1; // 指向队列尾，指向队列尾的数据(即就是队列最后一个数据) } // 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; } // 添加数据到队列 public void addQueue(int n) { // 判断队列是否满 if (isFull()) { System.out.println("队列满，不能加入数据~"); return; } rear++; // 让 rear 后移 arr[rear] = n; } // 获取队列的数据, 出队列 public int getQueue() { // 判断队列是否空 if (isEmpty()) { // 通过抛出异常 throw new RuntimeException("队列空，不能取数据"); } front++; // front return arr[front]; } // 显示队列的所有数据 public void showQueue() { // 遍历 if (isEmpty()) { System.out.println("队列空的，没有数据~~"); return; } for (int i = 0; i < arr.length; i++) { System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]); } } // 显示队列的头数据， 注意不是取出数据 public int headQueue() { // 判断 if (isEmpty()) { throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~"); } return arr[front + 1]; } } -
问题分析并优化
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目前数组使用一次就不能用， 没有达到复用的效果
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将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列 取模：%
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三、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. 因此将数组看做是一个环形的。(通过取模的方式来实现即可)
1. 分析说明：
- 尾索引的下一个为头索引时表示队列满，即 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]
2. 改进思路
最初的示意图：
改进思路如下:
- front 变量的含义做一个调整： 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front 的初始值 = 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做为约定，rear 的初始值 = 0
- 当队列满时，条件是 (rear + 1) % maxSize == front 【满】
- 对队列为空的条件， rear == front 空
- 当我们这样分析， 队列中有效的数据的个数 (rear + maxSize - front) % maxSize // rear = 1 front = 0
- 我们就可以在原来的队列上修改得到，一个环形队列
代码实现：
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//测试一把
System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");
// 创建一个环形队列
CircleArray queue = new CircleArray(4); //说明设置 4, 其队列的有效数据最大是 3
char key = ' '; // 接收用户输入
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
boolean loop = true;
// 输出一个菜单
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("g(get): 从队列取出数据");
System.out.println("h(head): 查看队列头的数据");
key = scanner.next().charAt(0);// 接收一个字符
switch (key) {
case 's':
queue.showQueue();
break;
case 'a':
System.out.println("输出一个数");
int value = scanner.nextInt();
queue.addQueue(value);
break;
case 'g': // 取出数据
try {
int res = queue.getQueue();
System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'h': // 查看队列头的数据
try {
int res = queue.headQueue();
System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
System.out.println(e.getMessage());
}
break;
case 'e': // 退出
scanner.close();
loop = false;
break;
default:
break;
}
}
System.out.println("程序退出~~");
}
}
class CircleArray {
private int maxSize; // 表示数组的最大容量
//front 变量的含义做一个调整： 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
//front 的初始值 = 0
private int front;
//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做为约定. //rear 的初始值 = 0
private int rear; // 队列尾
private int[] arr; // 该数据用于存放数据, 模拟队列
public CircleArray(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[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;
}
// 添加数据到队列
public void addQueue(int n) {
// 判断队列是否满
if (isFull()) {
System.out.println("队列满，不能加入数据~");
return;
}
//直接将数据加入
arr[rear] = n;
//将 rear 后移, 这里必须考虑取模
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
// 获取队列的数据, 出队列
public int getQueue() {
// 判断队列是否空
if (isEmpty()) {
// 通过抛出异常
throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
}
// 这里需要分析出 front 是指向队列的第一个元素
// 1. 先把 front 对应的值保留到一个临时变量
// 2. 将 front 后移, 考虑取模
// 3. 将临时保存的变量返回
int value = arr[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
// 显示队列的所有数据
public void showQueue() {
// 遍历
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列空的，没有数据~~");
return;
}
// 思路：从 front 开始遍历，遍历多少个元素
// 动脑筋
for (int i = front; i < front + size() ; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
// 求出当前队列有效数据的个数
public int size() {
// rear = 2
// front = 1
// maxSize = 3
return (rear + maxSize - front) % maxSize;
}
// 显示队列的头数据， 注意不是取出数据
public int headQueue() {
// 判断
if (isEmpty()) {
throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
}
return arr[front];
}
}
笔记来源尚硅谷韩顺平老师的数据结构与算法课程