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Java?循環(huán)隊(duì)列/環(huán)形隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)流程

 更新時(shí)間:2022年02月14日 15:12:59   作者:Word碼鴨  
循環(huán)隊(duì)列又叫環(huán)形隊(duì)列,是一種特殊的隊(duì)列。循環(huán)隊(duì)列解決了隊(duì)列出隊(duì)時(shí)需要將所有數(shù)據(jù)前移一位的問題。本文將帶大家詳細(xì)了解循環(huán)隊(duì)列如何實(shí)現(xiàn),需要的朋友可以參考一下

之前,我們使用鏈表實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)隊(duì)列,鏈接放在這里可以去康康喲

Java棧和基礎(chǔ)隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)詳解

之所以沒有選擇數(shù)組來實(shí)現(xiàn),是因?yàn)槊坑幸粋€(gè)元素出隊(duì),數(shù)組中所有剩下的元素都需要向前移動一次,因此沒有鏈表高效。

此時(shí),我們就引出了循環(huán)隊(duì)列的概念。

循環(huán)隊(duì)列,又稱環(huán)形隊(duì)列,邏輯上是一個(gè)環(huán),物理上依然是線性表。

head-指向隊(duì)列的第一個(gè)元素

tail-指向隊(duì)列最后一個(gè)元素的下一個(gè)位置

當(dāng)tail走到數(shù)組末尾時(shí),下一步再次返回?cái)?shù)組頭部(從0開始)

出隊(duì)之后的元素就訪問不到了,此時(shí)邏輯上已經(jīng)將它刪除了,tail向后走到該位置時(shí)覆蓋它即可。此時(shí)就解決了數(shù)組隊(duì)列需要一直搬運(yùn)元素的問題。

了解循環(huán)隊(duì)列的概念之后,我們就能明白它的幾個(gè)基礎(chǔ)知識:

當(dāng)head == tail 時(shí),表示隊(duì)列為空

根據(jù)上面 head 和 tail 的定義,隊(duì)列已滿時(shí),tail 指向最后一個(gè)元素的下一個(gè)位置,也就是head ,此時(shí)我們就無法區(qū)分環(huán)形隊(duì)列到底是已滿還是為空。所以我們在環(huán)形隊(duì)列的數(shù)組中浪費(fèi)一個(gè)空間,在區(qū)分?jǐn)?shù)組是否已滿,如下圖,就是一個(gè)已滿的隊(duì)列

那么如何移動 tail 指針使他返回?cái)?shù)組頭部呢?我們運(yùn)用取模操作:

tail = ( tail + 1 ) % 數(shù)組.length; 

根據(jù)上式我們就能判斷隊(duì)列是否已滿的方法:

( tail + 1 ) % 數(shù)組.length == head; 

此時(shí) head 和 tail 引用向后移動時(shí),不能簡單的 +1,要 ++ 之后對數(shù)組長度取模,這樣就可以返回?cái)?shù)組頭部繼續(xù)向后移動:

 head = ( head +1 ) % 數(shù)組.length;

tail = ( tail +1 ) % 數(shù)組.length;

那么如何獲取當(dāng)前隊(duì)列最后一個(gè)元素的索引呢?

圖①中最后一個(gè)元素的索引就是 tail -1

圖②的tail恰好在數(shù)組第一個(gè)位置,這時(shí)最后一個(gè)元素下標(biāo)就是 數(shù)組.length -1

綜上:數(shù)組最后一個(gè)元素的索引lastIndex

lastIndex = tail == 0 ? 數(shù)組.length -1 : tail -1;

代碼實(shí)現(xiàn):

public interface Queue<E> {
    void offer(E val);//入隊(duì)
    E poll();//出隊(duì),返回出隊(duì)的值
    E peek();//返回隊(duì)首元素
    boolean isEmpty();//判斷是否為空
}
 
 
import java.util.NoSuchElementException;
 
//基于整型的循環(huán)隊(duì)列
public class LoopQueue implements Queue<Integer>{
    private Integer[] data;
    private int head;//隊(duì)首元素
    private int tail;//隊(duì)尾元素的下一個(gè)位置
    private int size;//當(dāng)前元素個(gè)數(shù)
    public LoopQueue(int n){
        //n為希望保存的元素個(gè)數(shù)
        //在循環(huán)隊(duì)列中要浪費(fèi)一個(gè)元素空間,來判斷是否已滿,所以 +1
        data = new Integer[n + 1];
        }
 
    @Override
    //添加元素
    public void offer(Integer val) {
        if(isFull()){
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("queue is full, cannot offer new val");
        }
        data[tail] = val;
        //tail向后移
        tail = (tail + 1) % data.length;
        size++;
    }
 
    @Override
    //出隊(duì)
    public Integer poll() {
        if (isEmpty()){
            throw new NoSuchElementException("queues empty!cannot poll");
        }
        Integer val = data[head];
        //head向后移動
        head = (head + 1) % data.length;
        size--;
        return val;
    }
 
    @Override
    public Integer peek() {
        if (isEmpty()){
            throw new NoSuchElementException("queues empty!cannot poll");
        }
        return data[head];
    }
 
    @Override
    //判斷是否為空
    public boolean isEmpty() {
        return tail == head;
    }
    public String toString(){
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("front[");
        //取得最后一個(gè)元素的下標(biāo)
        int lastIndex = tail == 0 ? data.length-1 : tail-1;
        for (int i = head; i != tail; ) {
            sb.append(data[i]);
            if (i != lastIndex){
                sb.append(",");
            }
            i = (i+1) % data.length;
 
        }
        sb.append("]tail");
        return sb.toString();
    }
    //判斷隊(duì)列是否已滿
    public boolean isFull(){
        return (tail + 1) % data.length == head;
    }
}
//代碼測試
public class LoopQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> loopQueue = new LoopQueue(5);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            loopQueue.offer(i+1);
        }
        System.out.println(loopQueue);
//        loopQueue.offer(1);
        System.out.println(loopQueue.poll());
        System.out.println(loopQueue);
    }
}

運(yùn)行結(jié)果:

到此這篇關(guān)于Java 循環(huán)隊(duì)列/環(huán)形隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)流程的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java 循環(huán)隊(duì)列內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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