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数据结构02-----------数组模拟环形队列一次性数组模拟队列数组模拟环形队列队列

文章目录

  • 一次性数组模拟队列
  • 数组模拟环形队列
  • 队列
      • Leetcode933

一次性数组模拟队列

  • 队列先进先出，队列的输出、输入分别从前端、后端处理，需要2个变量front及rear分别记录队列前后端的下标，front随着输出改变，rear随着输入改变

  • 添加队列元素步骤：

    尾指针后移 且小于最大下标

import java.util.Scanner;

public class ArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试队列
        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);
        boolean loop=true;
        while (loop){
            System.out.println("添加元素请按a ：");
            System.out.println("取出元素请按g ：");
            System.out.println("显示第一个元素请按h ：");
            System.out.println("显示元素请按s ：");
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            String key = scanner.next();
            switch (key){
                case "a":
                    System.out.println("请输入一个数字：");
                    int n = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(n);
                    break;
                case "g":
                    try {
                        int i = queue.getQueue();
                        System.out.println("去除的数字是："+i);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    break;
                case "h":
                    try {
                        System.out.println("队列的头部是： "+queue.headQueue());
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    break;
                case "s":
                    queue.showQueue();
                    break;
                case "e":
                    scanner.close();
                    loop=false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出.");

    }
}

class ArrayQueue{
    private int MaxSize;
    private int front;
    private int rear;
    private int[] arr;

    //初始化队列构造函数
    public ArrayQueue(int maxSize) {
        MaxSize = maxSize;
       arr=new int[maxSize];
       front=-1;//输出上移 指向头部前一个位置
       rear=-1;//输入上移  指向尾部最后一个位置
    }
    //判断队列是否满
    public  boolean isfull(){
        //队列满表示尾部索引在最后一个位置
        return rear==MaxSize-1;
    }

    //判断队列是否为空
    public boolean isempty(){
        //队列空表示头部索引与尾部索引重合 例如初始化的时候
        return rear==front;
    }

    //添加数据到队列
    public  void addQueue(int element){
        if (isfull()){
            System.out.println("队列已满不可添加");
            return;
        }
        rear++;
        arr[rear]=element;
    }

    //获取队列元素
    public  int getQueue(){
        if (isempty()){
          throw  new RuntimeException("队列为空，没有数据可取");
        }
        front++;
        return arr[front];
    }

    //显示队列的所有元素
    public void showQueue(){
        if (isempty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据可取");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]==%d\n",i,arr[i]);
        }
    }

    //显示队列头元素
    public int headQueue(){
        if (isempty()){
            throw  new RuntimeException("队列为空，没有数据可取");
        }
        return arr[front+1];
    }

}

此代码的弊端：

  • 取出数据后再次展示元素还在，只是索引front的指向发生变化
  • 当添加元素已满时，再全部取出，此时再添加，会显示队列已满，rear=front=maxSize-1

解决方式：将数组使用算法，改为环形队列。取模

数组模拟环形队列

  • 取模的理解：为了将一次性队列改为循环队列，引入取模的方法，%maxSize，当小于maxSize时，没有影响；一旦等于maxSize，就会又从0开始，形成了循环。

    取余的作用就是相等时将结果置为0。

    数据结构02-----------数组模拟环形队列一次性数组模拟队列数组模拟环形队列队列
    无论出队入队，当前面元素取出rear在最后一个位置时取模才能让继续从0开始添加；否则会造成指针溢出。

  • 队列满的理解：空时rear=front，那么满时可以保留一个元素空间，也就是数组中还有一个空闲单元。就表示队列已满。 所以a4就表示数组的最后一个元素，而rear指向最后一个元素的下一个位置。

    下图是满的两种情况：

    数据结构02-----------数组模拟环形队列一次性数组模拟队列数组模拟环形队列队列
    队列满的条件是：

    （rear+1）%MaxSize==front

     针对于第一种情况如果条件为

    rear+1==front

     的话就不满足，需要通过取模将rear+1的值循环起来，一旦rear+1=maxSize就将rear+1至为0与front比较，此时的条件依然满足第二种rear<front的情况，因为rear+1<maxSize,取模依旧为本值，不影响。
  • 循环队列有效长度的理解： 如上左图，当rear>front，队列元素个数为rear-front；当rear<front时，如上右图，计算元素个数分为两段：第一段为rear-0；第二段为

    maxSize-front

     ，相加为

    rear-front+maxSize

     ；如果rear=0，front=0时，队列为空，此时有效长度为0，因此需要将结果置为0，取模，所以最终公式为

    （rear-front+maxSize）%maxSize

     。 
import java.util.Scanner;

public class CircleArrayQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //测试队列
        CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(4);//设置是4，有效数据为3，因为有预留空间
        boolean loop=true;
        while (loop){
            System.out.println("添加元素请按a ：");
            System.out.println("取出元素请按g ：");
            System.out.println("显示第一个元素请按h ：");
            System.out.println("显示元素请按s ：");
            Scanner scanner = new Scanner(System.in);
            String key = scanner.next();
            switch (key){
                case "a":
                    System.out.println("请输入一个数字：");
                    int n = scanner.nextInt();
                    queue.addQueue(n);
                    break;
                case "g":
                    try {
                        int i = queue.getQueue();
                        System.out.println("取出的数字是："+i);
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    break;
                case "h":
                    try {
                        System.out.println("队列的头部是： "+queue.headQueue());
                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    break;
                case "s":
                    queue.showQueue();
                    break;
                case "e":
                    scanner.close();
                    loop=false;
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        System.out.println("程序退出.");

    }
}

class CircleArrayQueue{
    private int MaxSize;
    private int front;
    private int rear;
    private int[] arr;

    //初始化队列构造函数
    public CircleArrayQueue(int maxSize) {
        MaxSize = maxSize;
       arr=new int[maxSize];
       front=0;//输出上移 指向初始位置
       rear=0;//输入上移  指向尾部最后一个位置的下一个位置
    }
    //判断队列是否满
    public  boolean isfull(){
        return (rear+1)%MaxSize==front ;
    }

    //判断队列是否为空
    public boolean isempty(){
        //队列空表示头部索引与尾部索引重合 例如初始化的时候
        return rear==front;
    }

    //添加数据到队列
    public  void addQueue(int element){
        if (isfull()){
            System.out.println("队列已满不可添加");
            return;
        }
//因为rear指向最后一个元素的后一个位置，rear索引处元素为空，直接在此处添加元素，再后移rear到下一个空位置
        arr[rear]=element;
        //rear如果在最后一个位置，要将元素添加最后一个位置后，移动到0位置时需要取模；其余情况直接后移
        rear=(rear+1)%MaxSize;
    }

    //获取队列元素
    public  int getQueue(){
        if (isempty()){
          throw  new RuntimeException("队列为空，没有数据可取");
        }
        //front是指向队列的第一个元素，首先先保存front的值，然后后移front，最后返回先保存的值
        int value=front;
        front=(front+1)%MaxSize;
        return arr[value];

    }

    //显示队列的所有元素
    public void showQueue(){
        if (isempty()){
            System.out.println("队列为空，没有数据可取");
            return;
        }
        //如果队列前面为空，后面一部分有元素，就没有必要展示
        //思路：从front开始遍历有效元素个数个元素
        int length=(rear-front+MaxSize)%MaxSize;
        for (int i = front; i < front+length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]==%d\n",i%MaxSize,arr[i%MaxSize]);//i有可能越界因此要取模
        }
    }

    //显示队列头元素
    public int headQueue(){
        if (isempty()){
            throw  new RuntimeException("队列为空，没有数据可取");
        }
        return arr[front];//front就是指头元素，不需要+1
    }

}

队列

先进先出 、队列是顺序的

访问O(n)、搜索O(N)、

插入O(1) linklist来表示、

删除O(1)， linklist来表示，删除每次只能删除先进来的数

队列的操作：

创建队列、

获取即将出队的元素

、删除即将出队的元素、

判断队列是否为空、O(1)

队列长度、O(1)

遍历队列(边删除边遍历队列)O(N)

Leetcode933

  • 将每次ping的请求时间节点存入队列中，判断当前请求时间与队列第一个元素请求时间只差是否小于3000，如果小于就计算队列的长度；如果大于就删除队列第一个元素再次计算当前元素与队列第一个元素时间差
  • 构造函数初始化队列， ping方法在队列中添加时间节点，并通过while循环来判断当前时间节点与队列第一个元素时间节点之差是否大于3000，大于就删除第一个元素，小于就返回队列长度 
class RecentCounter{
    Queue<Integer> queue;
    public   RecentCounter() {
        queue= new LinkedList<>();
      }
      
      public int ping(int t){
          queue.add(t);
          while(!queue.isEmpty()&& (t-queue.peek()>3000)){
              queue.poll();
          }
          return queue.size();//返回一个队列长度为需求结果，因此while循环条件要反着写

      }
}
Java数据结构
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