Java排队叫号 java队列解决排队问题

使用Java语言实现队列与环形队列（笔记）

• 队列的使用场景
• 队列介绍
• 数组模拟队列思路
• 数组模拟环形队列思路

队列的使用场景

银行排队的案例

队列介绍

• 时一个有序的列表，可以用数组或是链表来实现
• 先入先出的原则

数组模拟队列思路

创建队列：

• 队列本身时有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的 maxSize 时改队列的最大容量。
• 应为输入、输出时分贝从前后端来处理，所以需要两个变量 front 及rear 分别记录队列前后端的下标，fromt会随者数据输入二改变，而 rear 则时随着数据输入而改变。

存入队列：

• 将数据存入队列时称为”addQueue“

• 将尾指针往后移：rear+1，当front == rear 或者 队列为空
• 尾指针小于最大下标-1，及rear<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，及rear== maxSize-1（队列已满）

import java.util.Scanner;

public class ArrayQueueDemo {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		// 创建一个队列
		ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(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("g(get): 从队列取数据");
			System.out.println("h(head): 查看队列头的数据\n");
			key = scanner.next().charAt(0);
			switch (key) {
			case 's':
				arrayQueue.showQueue();
				break;
			case 'a':// 插入数据
				System.out.println("请输入一个数");
				int value = scanner.nextInt();
				arrayQueue.addQueue(value);
				break;
			case 'g':// 取出数据
				try {
					int res = arrayQueue.getQueue();
					System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
				} catch (Exception e) {
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case 'h':// 查看队列头数据
				try {
					int res = arrayQueue.headQueue();
					System.out.printf("队列头数据是%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！");
	}

}

//数组实现队列
class ArrayQueue {
	private int maxSize;
	private int front;
	private int rear;
	private int[] arr;

	// 初始化队列
	public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
		maxSize = arrMaxSize;
		arr = new int[maxSize];
		front = -1;
		rear = -1;
	}

    //判断是否满
	public boolean isFull() {
		return rear == maxSize - 1;
	}

    //判断是否为空
	public boolean isEmpty() {
		return rear == front;
	}

	// 向队列添加数据
	public void addQueue(int n) {
		if (isFull()) {
			System.out.println("队列已满，不能加入数据···");
			return;
		}
		rear++;
		arr[rear] = n;
	}

	// 获取队列数据
	public int getQueue() {
		if (isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("队列空，不能取数据");
		}
		front++;
		return arr[front];
	}

	// 显示队列所有数据
	public void showQueue() {
		if (isEmpty()) {
			System.out.println("队列空，没有数据");
		}
		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，注意不是取数据
	public int headQueue() {
		if (isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
		}
		return arr[front + 1];
	}
}

问题：

• 目前数组使用一次就不能使用了，没有达到复用的效果
• 将这个数组使用算法，改进成一个环形的数组 取模：%

数组模拟环形队列思路

实现思路：

1. 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的初始值为 0

2. rear 变量的含义做一个调整：rear 队列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作为约定。

• fear的初始值为 0

3. 当队列满时，条件是(rear+1) % maxSize == front 数组已满
4. 队列为空的条件，rear == front 队列为空
5. 队列中有效的数据个数(rear+maxSize-front) % maxSize
6. 在原来的基础上修改，就可以得到一个环形队列。

因为 rear 表示所指向队列的后一个元素，因为是循环队列，对 maxSize 求模是为了保证当 rear 超出maxSize时，可以循环到数组第一个元素的位置。

import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemo {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		// 创建一个队列
		CircleArrayQueue arrayQueue = new CircleArrayQueue(4);
		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("g(get): 从队列取数据");
			System.out.println("h(head): 查看队列头的数据\n");
			key = scanner.next().charAt(0);
			switch (key) {
			case 's':
				arrayQueue.showQueue();
				break;
			case 'a':// 插入数据
				System.out.println("请输入一个数");
				int value = scanner.nextInt();
				arrayQueue.addQueue(value);
				break;
			case 'g':// 取出数据
				try {
					int res = arrayQueue.getQueue();
					System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);
				} catch (Exception e) {
					System.out.println(e.getMessage());
				}
				break;
			case 'h':// 查看队列头数据
				try {
					int res = arrayQueue.headQueue();
					System.out.printf("队列头数据是%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 CircleArrayQueue {
	private int maxSize;// 表示数组最大容量
	private int front;// 队列头
	private int rear;// 队列尾
	private int[] arr;// 存放数据，模拟队列

	// 初始化队列
	public CircleArrayQueue(int arrMaxSize) {
		maxSize = arrMaxSize;
		arr = new int[maxSize];
		front = 0;
		rear = 0;
	}

	public boolean isFull() {
		return (rear + 1) % maxSize == front;
	}

	public boolean isEmpty() {
		return rear == front;
	}

	// 向队列添加数据
	public void addQueue(int n) {
		if (isFull()) {
			System.out.println("队列已满，不能加入数据···");
			return;
		}
		arr[rear] = n;//rear指向后一个元素的位置，需要先插入，后移动
		rear = (rear + 1) % maxSize;//求模为了实现循环数组

	}

	// 获取队列数据
	public int getQueue() {
		if (isEmpty()) {
			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保存到临时变量里 
		//2. 将front后移
		//3. 将临时变量返回
		int value = arr[front];
		front = (front + 1) % maxSize;
		return value;
	}

	// 显示队列说有数据
	public void showQueue() {
		if (isEmpty()) {
			System.out.println("队列空，没有数据");
			return;
		}
		for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            //front + size() 表示循环的次数
			System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
		}
	}

	//计算当前元素的个数
	public int size() {
		return (rear + maxSize - front) % maxSize;
	}

	// 显示队列的头数据，注意不是取数据
	public int headQueue() {
		if (isEmpty()) {
			throw new RuntimeException("队列空，没有数据");
		}
		return arr[front];
	}
}