Java数据结构-线性表之队列
2015-07-21 09:42
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队列(Queue)的定义:只允许在一端进行插入另一端进行删除操作的线性表。允许插入的一端称为队尾(rear) ,允许删除的一端称为队头(front)。 具有“先进先出”特点。
队列也是线性表,所以也存在顺序结构和链式结构。
顺序队列:
对于队列,入队操作的解释为:
(是在队尾追加一个元素,不需要移动任何元素,因此时间复杂度为0(1)。)
判断队列是否已满;
如果没满则先给队尾元素赋值;
然后将队尾指针后移一位(对队尾指针赋值,Q->rear = Q->rear+1 )。
出队操作解释为:
(队列中的所有元素都得向前移动,以保证队列的队头(也就是下标为0的位置)不为空,此时的时间复杂度为0(n)。)
判断队列是否为空;
若不为空则将对首元素取出用来返回;
然后将对首指针后移一位(对队首指针赋值,Q->front = Q->front+1 )。
队列是否为空判断:队首指针和队尾指针进行判断是否相等。
队列的实际长度:队尾指针-对首指针;也可以通过设定一个变量来进行存储。
下面是我的顺序队列的Java实现:
下面是我的测试代码:
测试截图:
由于队列的入队和出队操作的结果导致队列容易出现“假溢出”,于是乎出现了循环队列。
循环队列需要注意的地方如下:
执行入队操作后,队尾指针的变化:Q->rear = (Q->rear+1)% capacity。
执行出队操作后,对首指针的变化:Q->front= (Q->front+1)% capacity。
判断是否为空的情况:Q->front=Q->rear。
判断队列是否为满的情况,需要放弃队列一个位置来区分开来队列是否为空是否为满,这样判断条件为:Q->front= (Q->rear + 1)% capacity。
队列实际长度:(队尾指针-对首指针+数组长度)% 数组长度;或者可以通过设定一个变量来进行存储;或者都通过Q->front=Q->rear外加一个flag变量进行判断。
好了,循环队列也就介绍这些。
链队列:
定义:队列的链式存储结构,其实就是线性表的单链表,只不过它只能尾进头出而已,我们把它简称为链队列。
为了方便操作,将队头指针指向链队列的头结点,而队尾指针指向终端结点。
当队列为空时,front和rear都指向头结点。
正如链队就类似于单链表,这里链队的入队、出队、判断为空等操作也基本类似,这里就不描述了,详情请参考之前的单链表。
其实看了之前的再看这里其实很容易的,不懂的话还可以参考这个网址:/article/1305918.html
循环队列和链队列的比较。
时间上:它们的基本操作都是常数时间O(1),这里还有点细微的差别(循环队列是事先申请好空间,使用期间不释放,而对于链队列,每次申请和释放结点也会存在一些时间开销,如果入队出队频繁,则两者还是有细微差异)。
空间上:循环队列的长度固定,因此有了空间浪费的问题;而链队列不存在这个问题,但是每个节点需要一个指针域,这是需要消耗一定的空间。相对来说,链队列更加灵活。
总结:
在确定队列长度最大值的情况,建议使用循环队列;否则请使用链队列。“循环队列”最大优点就是节省空间和少分配空间,而链队列多了一点点地址存储开销。
队列也是线性表,所以也存在顺序结构和链式结构。
顺序队列:
对于队列,入队操作的解释为:
(是在队尾追加一个元素,不需要移动任何元素,因此时间复杂度为0(1)。)
判断队列是否已满;
如果没满则先给队尾元素赋值;
然后将队尾指针后移一位(对队尾指针赋值,Q->rear = Q->rear+1 )。
出队操作解释为:
(队列中的所有元素都得向前移动,以保证队列的队头(也就是下标为0的位置)不为空,此时的时间复杂度为0(n)。)
判断队列是否为空;
若不为空则将对首元素取出用来返回;
然后将对首指针后移一位(对队首指针赋值,Q->front = Q->front+1 )。
队列是否为空判断:队首指针和队尾指针进行判断是否相等。
队列的实际长度:队尾指针-对首指针;也可以通过设定一个变量来进行存储。
下面是我的顺序队列的Java实现:
package com.phn.queue; /** * @author 潘海南 * @Email 1016593477@qq.com * @TODO 顺序队列 * @date 2015年7月20日 */ public class FOArrayQueue<E> { //默认队列容量 private static final int DEFUALT_CAPACITY = 100; //队列存储数据元素的数组 private Object[] data = null; //队列的实际大小 private int size; //队列的对首索引 private int front; //队列的队尾索引 private int rear; //队列的实际容量 private int capacity; /** * @TODO 无参构造函数,初始化队列 */ public FOArrayQueue() { this(DEFUALT_CAPACITY); } /** * @param initialCapacity 队列初始化容量 */ public FOArrayQueue(int initialCapacity) { this.data = new Object[initialCapacity]; this.front = 0; this.rear = 0; this.size = 0; this.capacity = initialCapacity; } /** * @TODO 队列入队操作 * @param e 需要入队的数据元素 * @return true */ public boolean enQueue(E e){ if(this.isFull()){ throw new RuntimeException("队列已满!最大容量="+this.capacity); } this.data[this.rear] = e; // this.rear = (this.rear+1)%(this.capacity); this.rear = this.rear+1; this.size++; return true; } /** * @TODO 队列的出队操作 * @return e 位于对首的数据元素 */ public E deQueue(){ if(this.isEmpty()){ throw new RuntimeException("队列为空!"); } E e = (E)this.data[this.front]; // this.front = (this.front+1)%(this.capacity); this.front = this.front+1; this.size--; return e; } /** * @TODO 判断队列是否为空 * @return true空 or false不为空 */ public boolean isEmpty(){ if(this.front==this.size){ return true; } return false; } /** * @TODO 判断队列是否已满 * @return true满 or false未满 */ public boolean isFull(){ //这里不能用size来进行判断,用size会出现假溢出的情况 if(this.rear==this.capacity-1){ return true; } return false; } /** * @TODO 获取队列的长度 * @return size */ public int size(){ return this.size; } @Override public String toString() { StringBuffer sb = new StringBuffer("["); if(this.data[this.front]!=null){ sb.append(this.data[this.front]); for (int i = this.front+1; i < this.rear; i++) { sb.append(", "+this.data[i]); } } sb.append("]"); return sb.toString(); } }
下面是我的测试代码:
public static void main(String[] args) { FOArrayQueue<String> foaq = new FOArrayQueue<String>(); for (int i = 1; i <= 6; i++) { foaq.enQueue("元素"+i); } System.out.println(foaq); System.out.println(foaq.size()); System.out.println(foaq.deQueue());; System.out.println(foaq); System.out.println(foaq.size()); }
测试截图:
由于队列的入队和出队操作的结果导致队列容易出现“假溢出”,于是乎出现了循环队列。
循环队列需要注意的地方如下:
执行入队操作后,队尾指针的变化:Q->rear = (Q->rear+1)% capacity。
执行出队操作后,对首指针的变化:Q->front= (Q->front+1)% capacity。
判断是否为空的情况:Q->front=Q->rear。
判断队列是否为满的情况,需要放弃队列一个位置来区分开来队列是否为空是否为满,这样判断条件为:Q->front= (Q->rear + 1)% capacity。
队列实际长度:(队尾指针-对首指针+数组长度)% 数组长度;或者可以通过设定一个变量来进行存储;或者都通过Q->front=Q->rear外加一个flag变量进行判断。
好了,循环队列也就介绍这些。
链队列:
定义:队列的链式存储结构,其实就是线性表的单链表,只不过它只能尾进头出而已,我们把它简称为链队列。
为了方便操作,将队头指针指向链队列的头结点,而队尾指针指向终端结点。
当队列为空时,front和rear都指向头结点。
正如链队就类似于单链表,这里链队的入队、出队、判断为空等操作也基本类似,这里就不描述了,详情请参考之前的单链表。
其实看了之前的再看这里其实很容易的,不懂的话还可以参考这个网址:/article/1305918.html
循环队列和链队列的比较。
时间上:它们的基本操作都是常数时间O(1),这里还有点细微的差别(循环队列是事先申请好空间,使用期间不释放,而对于链队列,每次申请和释放结点也会存在一些时间开销,如果入队出队频繁,则两者还是有细微差异)。
空间上:循环队列的长度固定,因此有了空间浪费的问题;而链队列不存在这个问题,但是每个节点需要一个指针域,这是需要消耗一定的空间。相对来说,链队列更加灵活。
总结:
在确定队列长度最大值的情况,建议使用循环队列;否则请使用链队列。“循环队列”最大优点就是节省空间和少分配空间,而链队列多了一点点地址存储开销。
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