数据结构和算法（2）-----队列

2023-11-06

一、基本介绍

队列是一个有序列表，可以用数组或链表来实现
遵循先入先出的原则，即先存入队列的数据，要先取出；后存入队列的数据，要后取出
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，输入是分别从队头和队尾来处理，因此需要两个变量front和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。
我们将数据存入队列时称为addQueue，addQueue的处理需要有两个步骤，分别是：将尾指针往后移，rear+1；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。
队列初始：front和rear均为-1，front指向队头的前一个元素，rear指向队尾元素
队列为空：front==rear
队列为满：rear==maxSize-1

代码实现：

package com.atguigu.queue;

public class ArrayQueue {
	private int maxSize;
	private int front;
	private int rear;
	private int [] arr;
	
	//构造函数，初始化队列
	public ArrayQueue(int maxSize) {
		this.maxSize = maxSize;
		arr=new int [this.maxSize];
		front=-1;
		rear=-1;
	}
	
	
	//判断队列是否为满
	public boolean isFull(){
		if(rear==maxSize-1){
			return true;
		}else{
			return false;
		}
	}
	
	
	//判断队列是否为空
	public boolean isEmpty(){
		if(front==rear){
			return true;
		}else{
			return false;
		}
	}
	
	
	//入队
	public void addQueue(int n){
		if(this.isFull()==false){
			rear++;
			arr[rear]=n;
		}else{
			System.out.println("队列已满");
		}
	}
	
	
	//出队
	public int getQueue(){
		if(this.isEmpty()==false){
			front++;
			return arr[front];
		}else{
			throw new RuntimeException("队列为空");
		}
	}
	
	
	//打印队列内容
	public void showQueue(){
		if(this.isEmpty()){
			System.out.println("队列为空");
		}else{
			System.out.print("[");
			for(int i=front+1;i<=rear;i++){
				if(i!=rear){
					System.out.print(arr[i]+",");
				}else{
					System.out.print(arr[i]);
				}
			}
			System.out.print("]");
			System.out.println();
		}
	}
	
	
	//获取队头元素
	public int headQueue(){
		if(this.isEmpty()==true){
			throw new RuntimeException("队列为空");
		}else{
			return arr[front+1];
		}
	}
}

测试代码：

package com.atguigu.queue;

public class ArrayQueueDemo {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayQueue arrayQueue=new ArrayQueue(5);
		
		arrayQueue.showQueue();
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue.addQueue(34);
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue.addQueue(45);
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue.addQueue(65);
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue.addQueue(86);
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue.addQueue(93);
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue.addQueue(37);
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp1=arrayQueue.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp1);
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp2=arrayQueue.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp2);
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp3=arrayQueue.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp3);
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp4=arrayQueue.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp4);
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue.addQueue(100);
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue.headQueue());

	}

}

效果图：

问题分析：

目前数组使用一次就不能继续使用了，没有达到复用的效果
将这个数组使用算法，改进成一个环形的队列（取模）

三、数组模拟环形队列

思路：

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）

在环形队列中，如图b所示，队列为满，则front==rear；如图c所示，队列为空时，则front==rear。因此无法判断队列为满或为空，处理方法：少用一个元素空间，约定以“队列头指针在队尾指针的下一位置（值环形的下一个位置）上”作为队满的标志

分析：

front变量的含义做一个调整：front指向队列的第一个元素，也就是arr[front]就是队列的第一个元素，front的初始值为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，因为希望它空出一个空间作为约定，rear的初始值为0
队列为满：(rear+1)%maxSize==front
队列为空：rear==front
队列中元素的个数（对长）：(rear-front+maxSize)%maxSize

代码实现：

package com.atguigu.queue;

public class ArrayQueue1 {
	private int maxSize;
	private int front;
	private int rear;
	private int [] arr;
	
	
	//构造函数，初始化队列
	public ArrayQueue1(int maxSize) {
		this.maxSize = maxSize;
		arr=new int [this.maxSize];
		front=0;
		rear=0;
	}
	
	//判断队列是否已满
	public boolean isFull(){
		if((this.rear+1)%this.maxSize==front){
			return true;
		}else{
			return false;
		}
	}
	
	
	//判断队列是否为空
	public boolean isEmpty(){
		if(this.rear==this.front){
			return true;
		}else{
			return false;
		}
	}
	
	
	//入队
	public void addQueue(int n){
		if(this.isFull()){
			System.out.println("队列已满，不可添加元素");
		}else{
			arr[rear]=n;
			rear=(rear+1)%this.maxSize;    //将rear后移一位，这里必须考虑环形队列（取模）
		}
	}
	
	
	//出队
	public int getQueue(){
		if(this.isEmpty()){
			throw new RuntimeException("队列为空，不可取出元素");
		}else{
			int temp=arr[front];                    //1.先把front对应的值保存到一个临时变量
			front=(front+1)%maxSize;         //2.将front后移一位
			return temp;                                 //3.将临时变量返回
		}
	}
	
	
	
	//获取队列长度
	public int getLength(){
		return (rear-front+maxSize)%maxSize;
	}
	
	
	//打印队列元素
	public void showQueue(){
		if(this.isEmpty()){
			System.out.println("队列为空，无法显示队列");
		}else{
			System.out.print("[");
			for(int i=front;i<(this.getLength()+this.front);i++){
				if(i!=(this.getLength()+this.front-1)){
					System.out.print(arr[i%this.maxSize]+",");
				}else{
					System.out.print(arr[i%this.maxSize]);
				}
			}
			System.out.println("]");
		}
	}
	
	
	//获取队头元素
	public int headQueue(){
		if(this.isEmpty()){
			throw new RuntimeException("队列为空，没有队头元素");
		}else{
			return arr[front];
		}
	}
}

package com.atguigu.queue;

public class ArrayQueueDemo1 {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayQueue1 arrayQueue1=new ArrayQueue1(5);
		System.out.println("队列的初始长度："+arrayQueue1.getLength());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(34);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(78);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(43);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(88);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(22);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp1=arrayQueue1.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp1);
		System.out.println("队列的当前长度："+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp2=arrayQueue1.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp2);
		System.out.println("队列的当前长度："+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp3=arrayQueue1.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp3);
		System.out.println("队列的当前长度："+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp4=arrayQueue1.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp4);
		System.out.println("队列的当前长度："+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
//		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(100);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(200);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(300);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(400);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(500);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp5=arrayQueue1.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp5);
		System.out.println("队列的当前长度："+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp6=arrayQueue1.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp6);
		System.out.println("队列的当前长度："+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp7=arrayQueue1.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp7);
		System.out.println("队列的当前长度："+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		int temp8=arrayQueue1.getQueue();
		System.out.println("取出的元素是："+temp8);
		System.out.println("队列的当前长度："+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
//		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(1000);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(2000);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(3000);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
		
		System.out.println("-------------------------------------------------");
		arrayQueue1.addQueue(4000);
		System.out.println("队列的当前长度:"+arrayQueue1.getLength());
		System.out.print("队列的元素：");
		arrayQueue1.showQueue();
		System.out.println("队列的队头元素："+arrayQueue1.headQueue());
	}
}

效果图：

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队列

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深度学习——使用国产深度学习框架“飞桨（PaddlePaddle）”重写房价预测模型

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Spring的一次踩坑——Could not resolve placeholder 'jdbc.driver' in string value "${jdbc.driver}"...

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一基本介绍队列是一个有序列表可以用数组或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队列的数据要后取出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