数据结构与算法_03队列
2024-05-27 18:18:28
数据结构与算法_03队列
- 队列
- 0、章节重点整理
- 1、认识队列
- 1.1、 队列的工作运算
- 1.2、队列的数组实现
- 1.3、队列的链表实现
- 2、队列的应用
- 2.1、环形队列
- 2.2、双向队列
队列
0、章节重点整理
- 队列和堆栈都是有序表，抽象型数据类型，所有的加入删除都在不同的两端，符合FIFO特性
- 何为多重队列？定义及目的
双向队列就是一种二重队列。只是队列的首端可在队列的左右两端。多重队列的原则是只要遵循数据的插入在rear 端，删除在front 端的原则，并将多重堆栈的T(i) 改成rear(i)、B(i) 改成front（i）即可。多重队列也可以改成多重环形队列。主要目的是让数组的有效使用率提高，因为数组的大小必须事先声明。 - 何为优先队列
是一种不必遵守队列特性FIFO 的有序表，其中每一个元素都赋予了优先权，加入元素时可任意加入。但是拥有最高优先权的数据优先输出。
1、认识队列
1.1、 队列的工作运算
- 先进先出
- 两种基本操作，加入和删除，使用front 和rear 两个指针来分别指向队列的前端和尾端
1.2、队列的数组实现
//默认front 从-1开始，数组的索引是0开始。public static int front = -1,rear = -1,max = 20;public static int val;public static char ch;public static int queue[] = new int[max];//创建容量20的数组public static void main(String args[]) throws IOException {String strM;int M=0;BufferedReader keyin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));while(rear < max-1 && M != 3){System.out.print("[1]存入一个数值[2]取出一个数值[3]结束: ");strM=keyin.readLine();M=Integer.parseInt(strM);switch(M){case 1:System.out.print("\n[请输入数值]: ");strM=keyin.readLine();val=Integer.parseInt(strM);rear++;queue[rear]=val;break;case 2:if(rear>front){front++;System.out.print("\n[取出数值为]: ["+queue[front]+"]"+"\n");queue[front]=0;}else{System.out.print("\n[队列已经空了]\n");break;}break;default:System.out.print("\n");break;}}if(rear == max-1) System.out.print("队列已经满了]\n");System.out.print("\n[目前队列中的数据]:");if (front >= rear) {System.out.print("没有\n");System.out.print("[队列已经空了]\n");}else {while (rear > front) {front++;System.out.print("["+queue[front]+"]");}System.out.print("\n");}}
1.3、队列的链表实现
class QueueNode {// 队列节点类int data; // 节点数据QueueNode next; // 指向下一个节点//构造函数public QueueNode(int data){this.data = data;next = null;}
}class Linked_List_Queue {//队列类public QueueNode front; //队列的前端指针public QueueNode rear; //队列的尾端指针//构造函数public Linked_List_Queue() { front=null; rear=null; }//方法enqueue:队列数据的存入public boolean enqueue(int value) {QueueNode node= new QueueNode(value); //建立节点//检查是否为空队列if (rear==null)front=node; //新建立的节点成为第一个节点elserear.next=node; //将节点加入到队列的尾端rear=node; //将队列的尾端指针指向新加入的节点return true;}//方法dequeue:队列数据的取出public int dequeue() {int value;//检查队列是否为空队列if (!(front==null)) {if(front==rear) rear=null;value=front.data; //将队列数据取出front=front.next; //将队列的前端指针指向下一个return value;}else return -1;}
} //队列类声明结束public class Test02{// 主程序public static void main(String args[]) throws IOException {Linked_List_Queue queue =new Linked_List_Queue(); //建立队列对象int temp;System.out.println("以链表来实现队列");System.out.println("====================================");System.out.println("在队列前端加入第1个数据，此数据值为1");queue.enqueue(1);System.out.println("在队列前端加入第2个数据，此数据值为3");queue.enqueue(3);System.out.println("在队列前端加入第3个数据，此数据值为5");queue.enqueue(5);System.out.println("在队列前端加入第4个数据，此数据值为7");queue.enqueue(7);System.out.println("在队列前端加入第5个数据，此数据值为9");queue.enqueue(9);System.out.println("====================================");while (true) {if (!(queue.front==null)) {temp=queue.dequeue();System.out.println("从队列前端依序取出的元素数据值为："+temp);}elsebreak;}System.out.println();}
}
2、队列的应用
- 图形遍历的先广后深搜索法BFS，就是利用队列
- 计算机的模拟；模拟过程由于各种事件的输入时间不一定，利用队列反映真实情况
- CPU工作调度利用队列处理，可以达到先到先做的要求
2.1、环形队列
- 是一种环形结构的队列，是Q(0:n-1)的一维数组，同时Q(0) 也是Q(n-1)的下一个元素
- 指针front 永远以逆时针方向指向队列中第一个元素的前一个位置，rear 则指向队列当前的最后位置。一开始二者都设置为-1，表示空队列，当front = rear则为空队列。
public static int front = -1,rear = -1,val;public static int queue[] = new int[5];public static void main(String args[]) throws IOException{String strM;BufferedReader keyin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));while(rear < 5 && val != -1){System.out.print("请输入一个值以存入队列，要取出值请输入0。(结束输入-1)：");strM = keyin.readLine();val = Integer.parseInt(strM);if(val == 0){if(front==rear){System.out.print("[队列已经空了]\n");break;}front++;if (front == 5)front = 0;System.out.print("取出队列值["+queue[front]+"]\n");queue[front] = 0;}else if(val != -1 && rear < 5){if(rear+1 == front||rear == 4&&front <= 0){System.out.print("[队列已经满了]\n");break;}rear++;if(rear == 5)rear = 0;queue[rear] = val;}}System.out.print("\n队列剩余数据：\n");if (front == rear)System.out.print("队列已空!!\n");else{while(front != rear){front++;if (front == 5)front = 0;System.out.print("["+queue[front]+"]");queue[front] = 0;}}System.out.print("\n");}
2.2、双向队列
class QueueNode { // 队列节点类int data; // 节点数据QueueNode next; // 指向下一个节点//构造函数public QueueNode(int data) {this.data = data;next = null;}
}public class Linked_List_Queue { //队列类public QueueNode front; //队列的前端指针public QueueNode rear; //队列的尾端指针//构造函数public Linked_List_Queue() {front = null;rear = null;}//方法enqueue:队列数据的存入public boolean enqueue(int value) {QueueNode node = new QueueNode(value); //建立节点//检查是否为空队列if (rear == null)front = node; //新建立的节点成为第一个节点elserear.next = node; //将节点加入到队列的尾端rear = node; //将队列的尾端指针指向新加入的节点return true;}//方法dequeue:队列数据的取出public int dequeue(int action) {int value;QueueNode tempNode, startNode;//从前端取出数据if (!(front == null) && action == 1) {if (front == rear) rear = null;value = front.data; //将队列数据从前端取出front = front.next; //将队列的前端指针指向下一个return value;}//从尾端取出数据else if (!(rear == null) && action == 2) {startNode = front; //先记下前端的指针值value = rear.data; //取出目前尾端的数据//找寻最尾端节点的前一个节点tempNode = front;while (front.next != rear && front.next != null) {front = front.next;tempNode = front;}front = startNode; //记录从尾端取出数据后的队列前端指针rear = tempNode; //记录从尾端取出数据后的队列尾端指针//下一行程序是指当队列中仅剩下最后节点时,取出数据后便将front及rear指向nullif ((front.next == null) || (rear.next == null)) {front = null;rear = null;}return value;} else return -1;}
} //队列类声明结束public class DoublyQueue {// 主程序public static void main(String args[]) throws IOException {Linked_List_Queue queue =new Linked_List_Queue(); //建立队列对象int temp;System.out.println("以链表来实现双向队列");System.out.println("====================================");System.out.println("在双向队列前端加入第1个数据，此数据值为1");queue.enqueue(1);System.out.println("在双向队列前端加入第2个数据，此数据值为3");queue.enqueue(3);System.out.println("在双向队列前端加入第3个数据，此数据值为5");queue.enqueue(5);System.out.println("在双向队列前端加入第4个数据，此数据值为7");queue.enqueue(7);System.out.println("在双向队列前端加入第5个数据，此数据值为9");queue.enqueue(9);System.out.println("====================================");temp=queue.dequeue(1);System.out.println("从双向队列前端依序取出的元素数据值为："+temp);temp=queue.dequeue(2);System.out.println("从双向队列尾端依序取出的元素数据值为："+temp);temp=queue.dequeue(1);System.out.println("从双向队列前端依序取出的元素数据值为："+temp);temp=queue.dequeue(2);System.out.println("从双向队列尾端依序取出的元素数据值为："+temp);temp=queue.dequeue(1);System.out.println("从双向队列前端依序取出的元素数据值为："+temp);System.out.println();}
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