隊列的模擬及環形隊列思路_ZenDei技術網路在線

定義隊列是一個有序列表，可以用數組或是鏈表來實現。遵循先入先出的原則。即：先存入隊列的數據，要先取出。後存入的要後取出模擬思路隊列本身是有序列表，若使用數組的結構來存儲隊列的數據，則隊列數組的聲明如下圖, 其中 maxSize 是該隊列的最大容量因為隊列的輸出、輸入是分別從前後端來處理，因 ...

定義

隊列是一個有序列表，可以用數組或是鏈表來實現。
遵循先入先出的原則。即：先存入隊列的數據，要先取出。後存入的要後取出

模擬思路

隊列本身是有序列表，若使用數組的結構來存儲隊列的數據，則隊列數組的聲明如下圖, 其中 maxSize 是該隊列的最大容量
因為隊列的輸出、輸入是分別從前後端來處理，因此需要兩個變數 front及 rear分別記錄隊列前後端的下標，front 會隨著數據輸出而改變，而 rear則是隨著數據輸入而改變，如圖所示

入隊出隊操作模擬

當我們將數據存入隊列時稱為”addQueue”，addQueue 的處理需要有兩個步驟：

將尾指針往後移：rear+1 , 當 front == rear 時，隊列為空
若尾指針 rear 小於隊列的最大下標 maxSize-1，則將數據存入 rear所指的數組元素中，否則無法存入數據。rear == maxSize - 1時，隊列滿

註意：front指向的是隊列首元素的前一個位置

實現代碼

import java.util.Scanner;
 
public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean flag = true;
        while (flag){
            System.out.println("輸入a(add)添加數據");
            System.out.println("輸入g(get)取出數據");
            System.out.println("輸入s(show)顯示所有數據");
            System.out.println("輸入h(head)顯示頭部數據");
            System.out.println("輸入e(exit)退出程式");
            char c = scanner.next().charAt(0);
            switch (c){
                case 'a':
                    System.out.println("請輸入數據");
                    int num = scanner.nextInt();
                    queue.addNum(num);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        queue.getQueue();
                        System.out.println("取出成功");
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        queue.headQueue();
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    flag = false;
                    System.out.println("程式已退出");
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        scanner.close();
    }
}
 
class ArrayQueue{
    private int maxSize;//隊列的大小
    private int front;//指向隊列首元素的前一個位置
    private int rear;//指向隊列的尾元素
    private int[] arr;//用數組來實現隊列
 
    //構造方法初始化
    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        front = -1;//指向的是隊列第一個元素的前一個位置
        rear = -1;
        arr = new int[maxSize];
    }
 
    /**
     * 判斷隊列是否裝滿
     * @return
     */
    public boolean isFull(){
        return rear == maxSize-1;
    }
 
    /**
     * 判斷隊列是否為空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty(){
        return front == rear;
    }
 
    /**
     * 為隊列添加數據
     * @param num
     */
    public void addNum(int num){
        if (isFull()){
            System.out.println("隊列已經滿了,無法再加入數據");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear] = num;
    }
 
    /**
     * 取出隊列中的數據
     * @return
     */
    public int getQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("隊列為空,不能取出數據");
        }
        front++;
        return arr[front]=0;
    }
 
    /**
     * 顯示隊列的所有數據
     */
    public void showQueue(){
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("隊列為空,沒有數據");
            return;
        }
        for (int i = 0; i<arr.length; i++){
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);
        }
    }
 
    /**
     * 顯示隊列的頭數據,註意不是取出數據
     * @return
     */
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("隊列為空,沒有數據");
        }
        return arr[front+1];
    }
}

　　運行結果

註意：因先入先出的原則，front和rear最終都會在隊列頂部，所以上述隊列只能一次性使用，沒有達到復用的效果，因此我們要用到環形隊列

環形隊列

思路：

front變數含義調整：front變數指向隊首元素，初值為0
rear變數含義調整：rear變數指向隊尾元素的下一個元素，初值為0。規定空出一個位置
隊列為空的判定條件：front == rear
隊列為滿的判定條件：(rear + 1) % maxSize == front
隊列中有效元素的個數：(rear - front + maxSize) % maxSize
入隊和出隊時，都需要讓標記對maxSize取模

import java.util.Scanner;
 
public class CyclicArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        CyclicArrayQueue queue = new CyclicArrayQueue(3);
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean flag = true;
        while (flag){
            System.out.println("輸入a(add)添加數據");
            System.out.println("輸入g(get)取出數據");
            System.out.println("輸入s(show)顯示所有數據");
            System.out.println("輸入h(head)顯示頭部數據");
            System.out.println("輸入e(exit)退出程式");
            char c = scanner.next().charAt(0);
            switch (c){
                case 'a':
                    System.out.println("請輸入數據");
                    int num = scanner.nextInt();
                    queue.addNum(num);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int n = queue.getQueue();
                        System.out.println("取出的數是:"+n);
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 's':
                    queue.showQueue();
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        queue.headQueue();
                    }catch (Exception e){
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    flag = false;
                    System.out.println("程式已退出");
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        scanner.close();
    }
}
 
class CyclicArrayQueue {
    private int maxSize;//隊列的大小
    private int front;//front變數指向隊首元素，初值為0
    private int rear;//rear變數指向隊尾元素的下一個元素，初值為0。規定空出一個位置
    private int[] arr;//用數組來實現隊列
 
    public CyclicArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize;
        arr = new int[maxSize];
    }
 
    /**
     * 判斷隊列是否裝滿
     *
     * @return
     */
    public boolean isFull() {
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }
 
    /**
     * 判斷隊列是否為空
     *
     * @return
     */
    public boolean isEmpty() {
        return front == rear;
    }
 
    /**
     * 為隊列添加數據
     *
     * @param num
     */
    public void addNum(int num) {
        if (isFull()) {
            System.out.println("隊列已經滿了,無法再加入數據");
            return;
        }
        arr[rear] = num;
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }
 
    /**
     * 取出隊列中的數據
     *
     * @return
     */
    public int getQueue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("隊列為空,不能取出數據");
        }
        int value = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return value;
    }
 
    /**
     * 顯示隊列的所有數據
     */
    public void showQueue() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("隊列為空,沒有數據");
            return;
        }
        for (int i = front; i < front + size(); i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);
        }
    }
 
    public int size() {
        return (rear + maxSize - front) % maxSize;
    }
 
    /**
     * 顯示隊列的頭數據,註意不是取出數據
     * @return
     */
    public int headQueue(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("隊列為空,沒有數據");
        }
        return arr[front];
    }
}

import java.util.Scanner; public class ArrayQueueDemo { public static void main(String[] args) { ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3); Scanner scanner = new Scanner(System.in); boolean flag = true; while (flag){ System.out.println("輸入a(add)添加數據"); System.out.println("輸入g(get)取出數據"); System.out.println("輸入s(show)顯示所有數據"); System.out.println("輸入h(head)顯示頭部數據"); System.out.println("輸入e(exit)退出程式"); char c = scanner.next().charAt(0); switch (c){ case 'a': System.out.println("請輸入數據"); int num = scanner.nextInt(); queue.addNum(num); break; case 'g': try { queue.getQueue(); System.out.println(