Java数据结构与算法之循环队列的实现

Java数据结构与算法之循环队列的实现

目录概述循环队列循环队列实现改变队列大小enqueue 方法dequeue 方法main完整代码

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http://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 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 {

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 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);

}

}

}

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