Java数据结构和算法(五)——队列
前面一篇博客我们讲解了并不像数组一样完全作为存储数据功能,而是作为构思算法的辅助工具的数据结构——栈,本篇博客我们介绍另外一个这样的工具——队列。栈是后进先出,而队列刚好相反,是先进先出。
回到顶部
1、队列的基本概念
队列(queue)是一种特殊的线性表,特殊之处在于它只允许在表的前端(front)进行删除操作,而在表的后端(rear)进行插入操作,和栈一样,队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾,进行删除操作的端称为队头。队列中没有元素时,称为空队列。
队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队,从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入,在另一端删除,所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除,故队列又称为先进先出(FIFO—first in first out)线性表。
比如我们去电影院排队买票,第一个进入排队序列的都是第一个买到票离开队列的人,而最后进入排队序列排队的都是最后买到票的。
在比如在计算机操作系统中,有各种队列在安静的工作着,比如打印机在打印列队中等待打印。
队列分为:
①、单向队列(Queue):只能在一端插入数据,另一端删除数据。
②、双向队列(Deque):每一端都可以进行插入数据和删除数据操作。
这里我们还会介绍一种队列——优先级队列,优先级队列是比栈和队列更专用的数据结构,在优先级队列中,数据项按照关键字进行排序,关键字最小(或者最大)的数据项往往在队列的最前面,而数据项在插入的时候都会插入到合适的位置以确保队列的有序。
回到顶部
2、Java模拟单向队列实现
在实现之前,我们先看下面几个问题:
①、与栈不同的是,队列中的数据不总是从数组的0下标开始的,移除一些队头front的数据后,队头指针会指向一个较高的下标位置,如下图:
②、我们再设计时,队列中新增一个数据时,队尾的指针rear 会向上移动,也就是向下标大的方向。移除数据项时,队头指针 front 向上移动。那么这样设计好像和现实情况相反,比如排队买电影票,队头的买完票就离开了,然后队伍整体向前移动。在计算机中也可以在队列中删除一个数之后,队列整体向前移动,但是这样做效率很差。我们选择的做法是移动队头和队尾的指针。
③、如果向第②步这样移动指针,相信队尾指针很快就移动到数据的最末端了,这时候可能移除过数据,那么队头会有空着的位置,然后新来了一个数据项,由于队尾不能再向上移动了,那该怎么办呢?如下图:
为了避免队列不满却不能插入新的数据,我们可以让队尾指针绕回到数组开始的位置,这也称为“循环队列”。
弄懂原理之后,Java实现代码如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 |
|
测试:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 |
|
回到顶部
3、双端队列
双端队列就是一个两端都是结尾或者开头的队列, 队列的每一端都可以进行插入数据项和移除数据项,这些方法可以叫做:
insertRight()、insertLeft()、removeLeft()、removeRight()
如果严格禁止调用insertLeft()和removeLeft()(或禁用右端操作),那么双端队列的功能就和前面讲的栈功能一样。
如果严格禁止调用insertLeft()和removeRight(或相反的另一对方法),那么双端队列的功能就和单向队列一样了。
回到顶部
4、优先级队列
优先级队列(priority queue)是比栈和队列更专用的数据结构,在优先级队列中,数据项按照关键字进行排序,关键字最小(或者最大)的数据项往往在队列的最前面,而数据项在插入的时候都会插入到合适的位置以确保队列的有序。
优先级队列 是0个或多个元素的集合,每个元素都有一个优先权,对优先级队列执行的操作有:
(1)查找
(2)插入一个新元素
(3)删除
一般情况下,查找操作用来搜索优先权最大的元素,删除操作用来删除该元素 。对于优先权相同的元素,可按先进先出次序处理或按任意优先权进行。
这里我们用数组实现优先级队列,这种方法插入比较慢,但是它比较简单,适用于数据量比较小并且不是特别注重插入速度的情况。
后面我们会讲解堆,用堆的数据结构来实现优先级队列,可以相当快的插入数据。
数组实现优先级队列,声明为int类型的数组,关键字是数组里面的元素,在插入的时候按照从大到小的顺序排列,也就是越小的元素优先级越高。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 |
|
insert() 方法,先检查队列中是否有数据项,如果没有,则直接插入到下标为0的单元里,否则,从数组顶部开始比较,找到比插入值小的位置进行插入,并把 nItems 加1.
remove 方法直接获取顶部元素。
优先级队列的插入操作需要 O(N)的时间,而删除操作则需要O(1) 的时间,后面会讲解如何通过 堆 来改进插入时间。
回到顶部
5、总结
本篇博客我们介绍了队列的三种形式,分别是单向队列、双向队列以及优先级队列。其实大家听名字也可以听得出来他们之间的区别,单向队列遵循先进先出的原则,而且一端只能插入,另一端只能删除。双向队列则两端都可插入和删除,如果限制双向队列的某一段的方法,则可以达到和单向队列同样的功能。最后优先级队列,则是在插入元素的时候进行了优先级别排序,在实际应用中单项队列和优先级队列使用的比较多。后面讲解了堆这种数据结构,我们会用堆来实现优先级队列,改善优先级队列插入元素的时间。
通过前面讲的栈以及本篇讲的队列这两种数据结构,我们稍微总结一下:
①、栈、队列(单向队列)、优先级队列通常是用来简化某些程序操作的数据结构,而不是主要作为存储数据的。
②、在这些数据结构中,只有一个数据项可以被访问。
③、栈允许在栈顶压入(插入)数据,在栈顶弹出(移除)数据,但是只能访问最后一个插入的数据项,也就是栈顶元素。
④、队列(单向队列)只能在队尾插入数据,对头删除数据,并且只能访问对头的数据。而且队列还可以实现循环队列,它基于数组,数组下标可以从数组末端绕回到数组的开始位置。
⑤、优先级队列是有序的插入数据,并且只能访问当前元素中优先级别最大(或最小)的元素。
⑥、这些数据结构都能由数组实现,但是可以用别的机制(后面讲的链表、堆等数据结构)实现。
作者:YSOcean
出处:http://www.cnblogs.com/ysocean/
Java数据结构和算法(五)——队列相关推荐
- JAVA数据结构与算法【队列、数组模拟(环形)队列】
队列 使用场景:排队 队列介绍 队列是一个有序列表,可以用数组或是链表来实现. 遵循先入先出的原则.即:先存入队列的数据,要先取出.后存入的要后取出 示意图:(使用数组模拟队列示意图) 数组模拟队列 ...
- Java数据结构与算法:队列
1. 队列的介绍 队列 (Queue)是另一种限定性的线性表,它只允许在表的一端插入元素,而在另一端删除元素,所以队列具有先进先出(Fist In Fist Out, 缩写为FIFO)的特性.在队列中 ...
- Java数据结构与算法-环形队列
队列介绍 队列是一个有序列表,可以用数组或是链表来实现 遵循先入先出的原则.即:先存入队列的数据,要先取出.后存入的数据要后取出 数组模拟环形队列 分析说明: 尾索引rear的下一个为头索引时表示队列 ...
- java数据结构与算法之(Queue)队列设计与实现
[版权申明]转载请注明出处(请尊重原创,博主保留追究权) http://blog.csdn.net/javazejian/article/details/53375004 出自[zejian的博客] ...
- java数据结构与算法之顺序表与链表深入分析
转载请注明出处(万分感谢!): http://blog.csdn.net/javazejian/article/details/52953190 出自[zejian的博客] 关联文章: java数据结 ...
- java数据结构与算法之双链表设计与实现
转载请注明出处(万分感谢!): http://blog.csdn.net/javazejian/article/details/53047590 出自[zejian的博客] 关联文章: java数据结 ...
- java数据结构 队列_Java数据结构与算法[原创]——队列
声明:码字不易,转载请注明出处,欢迎文章下方讨论交流. 前言:Java数据结构与算法专题会不定时更新,欢迎各位读者监督.本文介绍数据结构中的队列(queue)的概念.存储结构.队列的特点,文末给出ja ...
- Java 数据结构和算法(十五):无权无向图
Java数据结构和算法(十五)--无权无向图 前面我们介绍了树这种数据结构,树是由n(n>0)个有限节点通过连接它们的边组成一个具有层次关系的集合,把它叫做"树"是因为它看起 ...
- 用数组实现环形队列(尚硅谷Java数据结构与算法)
整个代码在文章最后面,gitee地址:java数据结构与算法: 自己学习与练习数据结构的仓库https://gitee.com/ALi_L/javaDataStructurs.git 环形队列的难点如 ...
- Java数据结构和算法(六)——前缀、中缀、后缀表达式
前面我们介绍了三种数据结构,第一种数组主要用作数据存储,但是后面的两种栈和队列我们说主要作为程序功能实现的辅助工具,其中在介绍栈时我们知道栈可以用来做单词逆序,匹配关键字符等等,那它还有别的什么功能吗 ...
最新文章
- 076_浏览器对象模型
- boost之对象池使用实例
- 如何避免订单重复支付?
- vivo分屏_vivo分屏+Jovi语音助手!让你找到解题新思路
- 前端学习(3101):vue+element今日头条管理-react简介2
- 如何配置x225/x235/x335/x345的LSI SCSI卡实现RAID-1功能
- 做出产品不难,做好产品必须高手
- JavaSE环境搭建
- 【雷达】一维和二维自适应波束形成(DBF))DBF附matlab代码
- 如何查看secure crt的登录密码
- 使用ffmpeg解析mp4文件得到音频和视频数据
- 系统设计(二)如何写技术设计文档
- java gwt开发_java – 如何启动GWT超级开发模式
- ucharts 柱状图圆角_调整柱状图圆角弧度
- JavaScript 扁平化数组转成Tree
- 【定位问题】基于matlab chan算法、fang算法、taylor算法求解目标定位问题【含Matlab源码 2135期】
- dad my_My dad英语绘本.ppt
- 安卓镜像刻录软件_Android烧录工具-安卓烧录工具下载v6.0.43 官方最新版-西西软件下载...
- Java-Collection的子接口-List集合
- QTextEdit设置可输入字符字节限制
热门文章
- hbase windows安装
- 分组密码的工作模式--wiki
- Can't access RabbitMQ web management interface after fresh install
- 用C语言实现Ping程序功能---转
- 【采用】干货请收好:终于有人把用户画像的流程、方法讲明白了
- uni-app 使用vue的语法+小程序的标签和API。
- 借由AI招聘软件,这位CEO 48h 内从4000名求职者中锁定那一位
- Spring5源码 - 07 Spring Bean 生命周期流程 源码解读02
- ubuntu20.04下安装Docker和NVIDIA Container Toolkit教程
- linux挂载盘符扫描,Linux下挂载ISCSI的盘符问题