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算法基础02：数据结构

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队列

队列的使用场景

介绍

实现方式

数组

代码实现
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class ArrayQueue{
    //队列最大容量
    private int maxSize;
    //队列尾
    private int front;
    //队列头
    private int rear;
    //存放数据的数组
    private int[] arr;

    /**
     * 创建队列的构造器
     * @param arrMaxSize
     */
    public ArrayQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[arrMaxSize];
        //指向队列头部，分析出指向的是队列头的前一个位置。即第一个数据的前一个位置
        front = -1;
        //指向队列尾部数据，即最后一个数据的位置
        rear = -1;
    }

    /**
     * 判断队列是否满了
     * @return
     */
    private boolean isFull(){
        return rear == maxSize -1;
    }

    /**
     * 判断队列是否为空
     * @return
     */
    private boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }

    /**
     * 添加数据
     * @param n
     */
    private void addQueue(int n){
        //判断队列是否满了
        if (isFull()){
            System.out.println("队列满了。。。");
            return;
        }
        arr[rear++] = n;
    }

    /**
     * 获取数据
     * @return
     */
    private int getQueue(){
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列是空的");
        }
        return arr[front++];
    }

    /**
     * 显式队列的所有数据
     */
    private void showQueue(){
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列是空的。。。");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
        }
    }

    /**
     * 获取头部数据
     * @return
     */
    public int headQueue(){
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列是空的。。。");
            throw new RuntimeException("队列是空的");
        }
        return arr[front + 1];
    }
}

测试代码

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public static void main(String[] args) {
        //创建一个数组,最大为3
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean boo = true;
        while (boo){
            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 queue1 = queue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数据是：" +queue1);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int queue1 = queue.headQueue();
                        System.out.println("头数据是：" +queue1);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    boo = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }

        }
    }
存在问题及分析优化
  1. 目前数组使用一次就不能再次使用了，没有达到复用的效果。
  2. 将这个数组使用算法，改进成一个环形数组。

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）

思路分析

代码实现
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class CircleQueue{

    //队列最大容量
    private int maxSize;
    //队列头，指向队列的第一个元素的位置，初始值0
    private int front;
    //队列尾，指向最后一个元素的后一个位置，初始值0
    private int rear;
    //存放数据的数组
    private int[] arr;

    public CircleQueue(int arrMaxSize){
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }

    /**
     * 判断队列是否满了
     * @return
     */
    private boolean isFull(){
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }

    /**
     * 判断队列是否为空
     * @return
     */
    private boolean isEmpty(){
        return rear == front;
    }

    /**
     * 添加数据
     * @param n
     */
    public void addQueue(int n){
        //判断队列是否满了
        if (isFull()){
            System.out.println("队列满了。。。");
            return;
        }
        //直接加入
        arr[rear] = n;
        //rear后移,这里必须考虑取模
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    /**
     * 获取数据
     * @return
     */
    public int getQueue(){
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列是空的");
        }
        //这里需要分析出front是指向队列的第一个元素
        //1.先把front对应的值保存到一个临时的变量
        //2将front后移，考虑取模
        //3.将临时变量返回
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }

    /**
     * 显式队列的所有数据
     */
    public void showQueue(){
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列是空的。。。");
            return;
        }
        //从front开始遍历，
        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i % maxSize,arr[i % maxSize]);
        }
    }

    /**
     * 求出当前队列的有效数据的个数
     * @return
     */
    public int size(){
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }

    /**
     * 获取头部数据
     * @return
     */
    public int headQueue(){
        //判断队列是否空
        if (isEmpty()){
            System.out.println("队列是空的。。。");
            throw new RuntimeException("队列是空的");
        }
        return arr[front];
    }
}

测试一把

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public static void main(String[] args) {
    //创建一个数组,最大为3,设置为4
    CircleQueue queue = new CircleQueue(4);
    char key = ' ';
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    boolean boo = true;
    while (boo){
        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 queue1 = queue.getQueue();
                    System.out.println("取出的数据是：" +queue1);
                } catch (Exception e) {
                    System.out.println(e.getMessage());
                }
                break;
            case 'h':
                try {
                    int queue1 = queue.headQueue();
                    System.out.println("头数据是：" +queue1);
                } catch (Exception e) {
                    System.out.println(e.getMessage());
                }
                break;
            case 'e':
                scanner.close();
                boo = false;
                break;
            default:
                break;
        }

    }
}

-------------本文结束感谢您的阅读-------------

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