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Java数据结构与算法之循环队列的实现_java(数据结构循环队列的基本操作)
2022-03-01

目录
  • 概述
  • 循环队列
  • 循环队列实现
    • 改变队列大小
    • enqueue 方法
    • dequeue 方法
    • main
  • 完整代码 

    概述

    从今天开始, 小白我将带大家开启 Jave 数据结构 & 算法的新篇章.

    循环队列

    循环队列 (Circular Queue) 是一种特殊的队列. 循环队列解决了队列出队时需要将所有数据前移一位 (复杂度为 O(n)) 的问题.

    循环队列的底层依然是数组, 不过增加了指向头和尾的指针.

    循环队列实现

    1. 判断队列是否为空: 当头指针 Q.front == 尾指针 Q.rear, 队列为空
    2. 判断队列是否为满: 当头指针 Q.front == 尾指针 Q.rear + 1) % Maxsize, 队列为满

    改变队列大小

    // 改变队列大小
    private void resize(int capacity) {
    	// 定义新数组
        E[] newData = (E[]) new Object[capacity + 1];
        
        // 转移数组元素
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            newData[i] = data[(i +front) % data.length];
        }
    
        // 更新
        data = newData;
        front = 0;
        rear = size;
    }
    

    enqueue 方法

    // 入队
    public void enqueue(E e) {
    
        // 判断是否为满
        if((rear + 1) % data.length == front) {
            resize(getCapacity() * 2);
        }
    
        // 队伍加入
        data[rear] = e;
        rear = (rear + 1) % data.length;
        size++;
    }
    

    dequeue 方法

    // 出队
    public E dequeue() {
    
        // 判断是否为空
        if(isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }
    
        // 取出第一个元素
        E element = data[front];
        data[front] = null;
    
        // 移动头指针
        front = (front + 1) % data.length;
    
        // 数组大小-1
        size--;
    
        // 判断是否需要缩小
        if(size==getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0) {
            resize(getCapacity() / 2);
        }
    
        return element;
    }
    

    main

    // 主函数
    public static void main(String[] args) {
    
        // 创建循环队列
        CircularQueue<Integer> queue = new CircularQueue<>(5);
    
        // 入队
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            queue.enqueue(i);
            System.out.println(queue);
        }
    
        // 出队
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            queue.dequeue();
            System.out.println(queue);
        }
    }
    

    输出结果:

    CircularQueue{data=[0, null, null, null, null, null], front=0, rear=1, size=1}

    CircularQueue{data=[0, 1, null, null, null, null], front=0, rear=2, size=2}

    CircularQueue{data=[0, 1, 2, null, null, null], front=0, rear=3, size=3}

    CircularQueue{data=[0, 1, 2, 3, null, null], front=0, rear=4, size=4}

    CircularQueue{data=[0, 1, 2, 3, 4, null], front=0, rear=5, size=5}

    CircularQueue{data=[0, 1, 2, 3, 4, 5, null, null, null, null, null], front=0, rear=6, size=6}

    CircularQueue{data=[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, null, null, null, null], front=0, rear=7, size=7}

    CircularQueue{data=[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, null, null, null], front=0, rear=8, size=8}

    CircularQueue{data=[null, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, null, null, null], front=1, rear=8, size=7}

    CircularQueue{data=[null, null, 2, 3, 4, 5, 6, 7, null, null, null], front=2, rear=8, size=6}

    CircularQueue{data=[null, null, null, 3, 4, 5, 6, 7, null, null, null], front=3, rear=8, size=5}

    CircularQueue{data=[null, null, null, null, 4, 5, 6, 7, null, null, null], front=4, rear=8, size=4}

    CircularQueue{data=[null, null, null, null, null, 5, 6, 7, null, null, null], front=5, rear=8, size=3}

    CircularQueue{data=[6, 7, null, null, null, null], front=0, rear=2, size=2}

    CircularQueue{data=[7, null, null], front=0, rear=1, size=1}

    CircularQueue{data=[null, null], front=0, rear=0, size=0}

    完整代码 

    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Arrays;
    
    public class CircularQueue<E> {
    
        private E[] data;
        private int front, rear;
        private int size;
    
        // 无参构造
        public CircularQueue() {
            this(10);
        }
    
        // 有参构造
        public CircularQueue(int capacity) {
           data = (E[]) new Object[capacity + 1];
           front = rear = size = 0;
        }
    
        // 入队
        public void enqueue(E e) {
    
            // 判断是否为满
            if((rear + 1) % data.length == front) {
                resize(getCapacity() * 2);
            }
    
            // 队伍加入
            data[rear] = e;
            rear = (rear + 1) % data.length;
            size++;
        }
    
        // 出队
        public E dequeue() {
    
            // 判断是否为空
            if(isEmpty()) {
                throw new RuntimeException("队列为空");
            }
    
            // 取出第一个元素
            E element = data[front];
            data[front] = null;
    
            // 移动头指针
            front = (front + 1) % data.length;
    
            // 数组大小-1
            size--;
    
            // 判断是否需要缩小
            if(size==getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0) {
                resize(getCapacity() / 2);
            }
    
            return element;
        }
    
        // 获取队列大小
        public int getSize() {
            return size;
        }
    
        // 获取队列容量
        public int getCapacity() {
            return data.length - 1;
        }
    
        // 队列是否为空
        public boolean isEmpty() {
            return front == rear;
        }
    
        // 改变队列大小
        private void resize(int capacity) {
    
            // 创建新数组
            E[] newData = (E[]) new Object[capacity + 1];
    
            // 转移数组元素
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                newData[i] = data[(i +front) % data.length];
            }
    
            // 更新
            data = newData;
            front = 0;
            rear = size;
        }
    
        @Override
        public String toString() {
            return "CircularQueue{" +
                    "data=" + Arrays.toString(data) +
                    ", front=" + front +
                    ", rear=" + rear +
                    ", size=" + size +
                    '}';
        }
    
        // 主函数
        public static void main(String[] args) {
    
            // 创建循环队列
            CircularQueue<Integer> queue = new CircularQueue<>(5);
    
            // 入队
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                queue.enqueue(i);
                System.out.println(queue);
            }
    
            // 出队
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                queue.dequeue();
                System.out.println(queue);
            }
        }
    } 
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