Java实现队列以及环形队列

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mob604756ef7d06 2021-08-17 13:03:00

文章标签 算法 java 数据数组环形队列 文章分类 代码人生

1队列

队列是一个有序列表，可以用数组或是链表来实现。

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

1.1数组模拟队列

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。

Java实现队列以及环形队列_算法

public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //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) {

                        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) {

                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e': //退出
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出~~");
    }
}

//数组模拟队列
class ArrayQueue{
    private int maxSize;    //队列的最大长度
    private int front;      //队列头下标，指向队列头的前一个位置，初始为-1
    private int rear;       //队列的尾下标，指向队列尾的数据，初始为-1
    private int arr[];      //存放数据，模拟队列

    //初始化队列
    public ArrayQueue(int arrMaxSize){
        this.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)
    }

    public boolean isFull(){
        return front==(maxSize-1);
    }
    public boolean isEmpty(){
        return front==rear;
    }
    //出队列
    public int getQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，无法出队列");
        }else {
            front++;
            return arr[front];
        }
    }
    //进队列
    public void addQueue(int num){
        if (isFull()){
            System.out.println("队列满，无法进队列");
        }else {
            rear++;
            arr[rear]=num;
        }
    }
    public void showQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，无数据");
        }else {
            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
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
        }
        return arr[front + 1];
    }

}

问题分析：目前数组使用一次就不能用，没有达到复用。

优化：将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列。

1.2数组模拟环形队列

Java实现队列以及环形队列_算法_02

public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例~~~");
        // 创建一个环形队列
        CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(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~~");
    }
}

//数组模拟环形队列
class CircleArrayQueue{
    private int maxSize;    //队列的最大长度，队列的有效长度为maxSize-1，空出一个空间
    private int front;      //队列头下标，指向队列的第一个数据，初始值为0
    private int rear;       //队列的尾下标，指向队列最后一个数据的后面一位，初始值为0
    private int arr[];      //存放数据，模拟队列

    //初始化队列
    public CircleArrayQueue(int arrMaxSize){
        this.maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = 0; // 指向队列头部
        rear = 0; // 指向队列尾的后一个位置
    }

    public boolean isFull(){
        return (rear+1)%maxSize==front;
    }
    public boolean isEmpty(){
        return front==rear;
    }
    //出队列
    public int getQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，无法出队列");
        }else {
            int value = arr[front];
            //因为是环形队列，当取出尾部(maxsize-1下标)的数字时，取模回到0下标
            front = (front+1)%maxSize;
            return value;
        }
    }
    //进队列
    public void addQueue(int num){
        if (isFull()){
            System.out.println("队列满，无法进队列");
        }else {
            arr[rear]=num;
            rear = (rear+1)%maxSize;
        }
    }
    public void showQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("队列空，无数据");
        }else {
            for (int i = front; i < front+((rear-front+maxSize)%maxSize); i++) {
                System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i%maxSize, arr[i%maxSize]);
            }
        }
    }
    // 显示队列的头数据
    public int headQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列空的，没有数据~~");
        }
        return arr[front];
    }
}