总目录：地址如下看总纲
1、队列基本说明
1、队列是一个有序列表，可以用数组或者链表实现
2、遵循先进先出原则，先存入数据先取出，后存入后取出
2、数组模拟队列
image.png
1、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上图, 其中 maxSize 是该队列的最大容量。
2、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
3、数组模拟队列设计思路：
当我们将数据存入队列时称为”addQueue”，addQueue 的处理需要有两个步骤：
(1)将尾指针往后移：rear+1 , 前提是 判断 是否为空 取决于 front == rear 【空】
(2)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。
前提判断是否 队列 容量满了 rear == maxSize - 1[队列满]
4、核心代码和测试代码：
package com.kk.datastructure.queue;
import java.util.Scanner;
import javax.management.RuntimeErrorException;
/**
* title: 数组模拟队列
* @author 阿K
* 2020年11月22日 下午2:12:32
*/
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) {
// 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~~");
}
}
// 使用数组模拟一个队列：ArrayQueue类
class ArrayQueue{
private int maxSize;// 数组最大的容量
private int front; // 队列头
private int rear; // 对列尾
private int[] arr; // 该数组用于模拟队列存放的数据
// 创建队列构造器
public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[maxSize ];
front = -1;// 指向队列头部，分析出目前初始化的 front 是指向队列头的前一个位置
rear = -1; // 指向队列尾部，意思就是队列最后一个数据的位置
}
// 判断队列是否满
public boolean isFull() {
return rear == maxSize-1;// 队列尾 == 数组的最后一个数据
}
// 判断你队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == rear;// 头尾相等，说明没数据
}
// 添加数据到队列
public void addQueue(int n) {
// 判断队列是否满
if(isFull()) {
System.out.println("队列已满,无法添加数据~~~~");
return;
}
rear++; // 让 rear 后移
arr[rear] = n;
}
// 获取队列数据(出队列)
public int getQueue() {
// 判断队列是否为空
if(isEmpty()) {
// 通过异常抛出 null
throw new RuntimeException("队列为空，无法取数据~~~");
}
front++;// front后移
int result = arr[front];
arr[front] = 0;// 此时取出的值 位置存放的为0
return result;
}
// 显示队列的所有数据
public void showQueue() {
// 判空
if(isEmpty()) {
System.out.println("队列为空,无法显示数据~~~~");
return;
}
// 遍历
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
}
}
// 显示头队列，而非取出
public int headQueue() {
// 判空
if (isEmpty()) {
// 通过异常抛出 null
throw new RuntimeException("队列为空，无法取数据~~~");
}
// 显示
return arr[front+1];// 这边加一的原因是一开始，初始化指向的是队列头的前一个
}
}
5、此队列出现的问题和优化：
1、目前设计的队列只能使用一次(因为数组只能有一次)，没有达到复用效果
2、将此数组用算法改进，成一个环形队列，取模 %
6、环形队列设计思路：参考之一(实现方式有很多)
- front 变量调整： 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 = 0 (之前的是 front +1 才是第一个元素，初始值 -1)- rear 变量的调整：rear 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做为约定.
rear 的初始值 = 0 (之前的是 rear 就是最后一个元素，现在是 rear -1 才是最后一个元素，初始值 -1 )- 当队列满时，公式是 (rear + 1) % maxSize == front (腿上面是头时，你就没法再被拉长了)
- 对队列为空的条件， rear == front 空 (你的 头距离地面 20cm ，你的腿也是 ，那么你的肉体就不存在了)
- 当我们这样分析， 队列中有效的数据的个数 (rear + maxSize - front) % maxSize
- 关于第五点的公式推导，如果非环形队列有效个数是 rear-front。那么是不是就很好理解了
7、环形队列测试和代码实现
package com.kk.datastructure.queue;
import java.util.Scanner;
/**
* title: 环形队列实现
* @author 阿K
* 2020年11月22日 下午3:50:46
*/
public class CircleArrayQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
//创建一个队列
CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(4);// 此处有效数据为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~~");
}
}
//使用数组模拟一个环形队列：CArrayQueue类
class CircleArrayQueue{
private int maxSize;// 数组最大的容量
// 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
private int front;
// rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置
private int rear;
private int[] arr;
// 创建队列构造器
public CircleArrayQueue(int arrMaxSize) {
maxSize = arrMaxSize;
arr = new int[arrMaxSize];
// front rear 默认值为0，声明的默认值也为0，既不需要重复赋值
}
// 判断队列是否满
public boolean isFull() {
return (rear + 1)% maxSize == front;
}
// 判断你队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return front == rear;// 头尾相等，说明没数据
}
// 添加数据到队列
public void addQueue(int n) {
// 判断队列是否满
if (isFull()) {
System.out.println("队列已满,无法添加数据~~~~");
return;
}
// 直接插入进来
arr[rear] = n;
// rear 后移, 得考虑取模(环形)
rear = (rear + 1) % maxSize;
}
// 获取队列数据(出队列)
public int getQueue() {
// 判断队列是否为空
if (isEmpty()) {
// 通过异常抛出 null
throw new RuntimeException("队列为空，无法取数据~~~");
}
// 分析得 front 是指向队列的第一个元素
// 先 将 front 值保存到临时变量，用于返回
// 然后再进行后移
int value = arr[front];
front = (front + 1) % maxSize;
return value;
}
// 显示队列的所有数据
public void showQueue() {
// 判空
if (isEmpty()) {
System.out.println("队列为空,无法显示数据~~~~");
return;
}
// 遍历(从头队列 到 都队列 + 有效数据个数)
for (int i = front; i < front+size(); i++) {
System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
}
}
// 计算出有效数据个数
public int size() {
return (rear - front + maxSize) % maxSize;
}
// 显示头队列，而非取出
public int headQueue() {
// 判空
if (isEmpty()) {
// 通过异常抛出 null
throw new RuntimeException("队列为空，无法取数据~~~");
}
// 显示
return arr[front];
}
}
