Java实验指导书实验四 - 队列的实现与应用
引言
在编程中，队列是一种非常常见的数据结构。它遵循先进先出（FIFO）的原则，即最先进入队列的元素最先被取出。队列在日常生活中也有很多应用，比如排队买票、打印队列等。在Java中，我们可以通过数组或链表来实现队列。
本文将介绍队列的概念和实现方式，并通过Java代码示例讲解如何使用队列。
队列的概念
队列是一种线性数据结构，它可以看作是一种特殊的线性表。队列有两个基本操作：入队（enqueue）和出队（dequeue）。入队表示将一个元素插入到队列的尾部，而出队表示将队列中的头部元素移除，并返回其值。
队列的特点是遵循先进先出（FIFO）的原则，即最先进入队列的元素最先被取出。队列可以用来解决很多实际问题，比如处理任务的顺序、线程池的任务调度等。
队列的实现方式
队列可以通过数组或链表来实现。下面分别介绍这两种实现方式。
数组实现队列
数组实现队列的思想是使用一个数组来保存队列中的元素，并通过两个指针来指示队列的头部和尾部。这两个指针分别称为"front"和"rear"。当有元素入队时，将元素插入到rear指针所指的位置，并将rear指针向后移动一位；而当有元素出队时，将front指针向后移动一位，并返回front指针所指的元素。
下面是使用数组实现队列的Java代码示例：
public class ArrayQueue {
private int[] queue;
private int front;
private int rear;
private int size;
public ArrayQueue(int capacity) {
queue = new int[capacity];
front = 0;
rear = -1;
size = 0;
}
public void enqueue(int item) {
if (isFull()) {
throw new IllegalStateException("Queue is full");
}
rear = (rear + 1) % queue.length;
queue[rear] = item;
size++;
}
public int dequeue() {
if (isEmpty()) {
throw new IllegalStateException("Queue is empty");
}
int item = queue[front];
front = (front + 1) % queue.length;
size--;
return item;
}
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
public boolean isFull() {
return size == queue.length;
}
}
链表实现队列
链表实现队列的思想是使用一个链表来保存队列中的元素，并通过两个指针来指示队列的头部和尾部。这两个指针分别称为"head"和"tail"。当有元素入队时，将元素插入到tail指针所指的位置，并将tail指针向后移动一位；而当有元素出队时，将head指针向后移动一位，并返回head指针所指的元素。
下面是使用链表实现队列的Java代码示例：
public class LinkedQueue {
private Node head;
private Node tail;
private int size;
private class Node {
private int data;
private Node next;
public Node(int data) {
this.data = data;
}
}
public void enqueue(int item) {
Node newNode = new Node(item);
if (isEmpty()) {
head = newNode;
tail = newNode;
} else {
tail.next = newNode;
tail = newNode;
}
size++;
}
public int dequeue() {
if (isEmpty()) {
throw new IllegalStateException("Queue is empty");
}
int item = head.data;
head = head.next;
size--;
return item;
}
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
}
队列的应用
队列在实际应用中有很多用途，下面介绍两个常见的应用场景。
