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Java数据结构与算法之循环队列的实现

2021-12-14 11:13:37 作者：我是小白呀

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的问题。本文将带大家详细了解循环队列如何实现，需要的朋友可以参考一下

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

判断队列是否为空: 当头指针 Q.front == 尾指针 Q.rear, 队列为空
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);
        }
    }
}

到此这篇关于Java数据结构与算法之循环队列的实现的文章就介绍到这了,更多相关Java数据结构循环队列内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！