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简单数据结构实现——队列

2013-02-07 15:31 726 查看

队列 (queue) ，基本数据结构之一，属于FIFO（先进先出）数据结构。队列只允许在前端 (HEAD) 进行入队（插入）操作，只允许在后端 (TAIL) 进行出队（删除）操作。

单队列可以使用链表来实现，实现非常简单，队列的长度也没有限制，但是插入和读取的时间代价较高。

循环队列可以使用数组来实现，因此操作起来很快，但是长度一般固定。但是可以通过设计一个扩大容量的方法来使其长度可变。

在后面给出的代码是基于数组的循环队列实现。

另外，有一种所谓的优先队列，实际上是依靠堆的结构来实现的，在以后练习到堆的时候会再提及。

简述循环队列实现原理：利用两个下标来确定队列范围：head 与 tail. 队列的默认构造器将使构造长度为DEFAULT_CAPACITY=10的队列，带整数参数的构造器将构造相应长度的队列。

队列另外有两个属性size和capacity，size表明队列中的元素个数，capacity表明当前队列的容量（可容纳元素个数）。

每当有元素入队时，size加一，每当有元素退队时，size减一。

因此可以简单通过size==0和size==capacity来判断isEmpty和isFull.

入队操作：当队列不为满的时候，在下标为tail的位置插入元素，自增size，调整tail的值: if(++tail==queue.length){tail=0;}

退队操作：当队列不空的时候，记录头元素的值，自减size,调整head的值: if(++head==queue.length){head=0;}，返回头元素的值。

扩容方法 enlarge()：当调用该方法时，将capacity*=2,容量增加一倍，然后创建新的数组，再将旧数组中的值复制到新数组中，在新数组中的位置将从0位置开始向后排列，具体实现看代码。

java代码：

public class MyQueue{
public int size=0,head=0,tail=0;
private final int DEFAULT_CAPACITY=10;
private int capacity;
private int[] queue;

public MyQueue(){
queue=new int[DEFAULT_CAPACITY];
capacity=DEFAULT_CAPACITY;
}

public MyQueue(int capacity){
queue=new int[capacity];
this.capacity=capacity;
}

public void enqueue(int element){
if(!isFull()){
queue[tail]=element;
size++;
if(++tail==queue.length){
tail=0;
}
}
else{
System.out.println("Queue is full, use enlarge() method to enlarge.");
}
}

public int dequeue(){
if(!isEmpty()){
int x=queue[head];
size--;
if(++head==queue.length){
head=0;
}
return x;
}
else{
System.out.println("Queue is empty, cannot dequeue!");
return Integer.MIN_VALUE;
}
}

public int size(){
return size;
}

public boolean isEmpty(){
return size==0;
}

public boolean isFull(){
return size==capacity;
}

public void enlarge(){
capacity*=2;
int[] newQueue=new int[capacity];

int count=0,index=head;
while(++count<=size){
newQueue[count]=queue[index];
count++;

if(++index==queue.length){
index=0;
}
}

queue=newQueue;
head=0;
tail=size;
}

public String toString(){
String str="";
if(isEmpty())
return "This is an empty stack";
else{
str+="[";
int index=head,count=0;
while(++count<=size()){
str+=" "+queue[index];

if(++index==queue.length){
index=0;
}
}
str+=" ]";
}

return str;
}

public int getCapacity(){
return capacity;
}

}

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