技術標籤：資料結構與演算法佇列資料結構環形佇列演算法

資料結構之佇列詳解

• 1、概述
• 2、使用陣列實現佇列思路
• 3、簡單佇列程式碼實現
• 4、環形佇列

1、概述

佇列（Queue）是一種常用的資料結構，佇列（Queue）是一個有序列表，可以用陣列或是連結串列來實現。佇列（Queue）遵循先入先出的原則。即：先存入佇列的資料，要先取出，後存入的要後取出。佇列只允許在後端（tail）進行插入操作，在前端（head）進行出佇列(刪除)操作。

2、使用陣列實現佇列思路

佇列是有序列表，若使用陣列的結構來儲存佇列的資料，則佇列陣列的宣告，如下圖：

head和tail分別記錄佇列前後端的下標，head

藉助以下動態圖，能更好的理解，佇列的新增和刪除。

3、簡單佇列程式碼實現

基於java實現簡單佇列。

public class ArrayQueue {
    /**
     * 佇列頭部
     */
    private int head;
    /**
     *佇列尾部
     */
    private int tail;

    /**
     * 存放資料
     */
    private int[] array;

    /**
     *
     */
    private int capacity;
 



    /**
     * 初始化陣列
     * @param capacity
     */
    public ArrayQueue(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        //初始化陣列
        this.array=new int[capacity];
    }

    /**
     * 入隊
     */
    public void add(int n){
       if (isFull()){
           throw new RuntimeException("佇列已經滿了"
 
);
       }
       array[tail]=n;
       //隊尾後移
       tail++;
    }

    /**
     * 出佇列
     * @return
     */
    public int pop(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("佇列為空");
        }
        int value=array[head];
        //頭部指標後移
        head++;
        return value;
    }

    /**
     * 獲取佇列頭資料
     * @return
     */
    public int getFirst(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("佇列為空");
        }
        return array[head];
    }

    /**
     * 獲取佇列頭資料
     * @return
     */
    public int getLast(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("佇列為空");
        }
        return array[tail];
    }

    /**
     * 佇列是否為空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty(){
        return head==tail;
    }

    /**
     * 佇列是否滿了
     * @return
     */
    public boolean isFull(){
       return tail==capacity;
    }

}

測試程式碼

public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue arrayQueue=new ArrayQueue(5);
        arrayQueue.add(1);
        arrayQueue.add(2);
        arrayQueue.add(3);
        arrayQueue.add(4);
        arrayQueue.add(5);

        System.out.println(arrayQueue.pop());

        System.out.println(arrayQueue.getFirst());
        arrayQueue.add(6);
    }

上面實現的簡單佇列，有如下問題：佇列只能使用一次就不能用，即：當佇列新增資料加滿後，即使有資料出隊列了，也不能再新增新的資料。下面介紹的環形佇列，可以解決此問題。

4、環形佇列

public class CirleArrayQueue {

    /**
     * 測試
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
         CirleArrayQueue cirleArrayQueue=new CirleArrayQueue(6);
         cirleArrayQueue.add(1);
        cirleArrayQueue.add(2);
        cirleArrayQueue.add(3);
        cirleArrayQueue.add(4);
        cirleArrayQueue.add(5);
        System.out.println("原始佇列中的資料~~~~");
        cirleArrayQueue.list();
        System.out.println("出佇列的資料："+ cirleArrayQueue.pop());
        cirleArrayQueue.list();
        System.out.println("新增資料後,佇列中的資料~~~~~");
        cirleArrayQueue.add(6);
        cirleArrayQueue.list();

    }
    /**
     * 佇列頭部
     */
    private int head;
    /**
     *佇列尾部
     */
    private int tail;

    /**
     * 存放資料
     */
    private int[] array;

    /**
     *
     */
    private int capacity;


    /**
     * 初始化陣列
     * @param capacity
     */
    public CirleArrayQueue(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        //初始化陣列
        this.array=new int[capacity];
    }

    /**
     * 入隊
     */
    public void add(int n){
        if (isFull()){
            throw new RuntimeException("佇列已經滿了");
        }
        array[tail]=n;
        //因為是環形佇列，使用取模
        tail=(tail+1)%capacity;
    }

    /**
     * 出佇列
     * @return
     */
    public int pop(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("佇列為空");
        }
        int value=array[head];
        //頭部指標後移
        head=(head+1)%capacity;
        return value;
    }

    /**
     * 獲取佇列頭資料
     * @return
     */
    public int getFirst(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("佇列為空");
        }
        return array[head];
    }

    /**
     * 獲取佇列頭資料
     * @return
     */
    public int getLast(){
        if (isEmpty()){
            throw new RuntimeException("佇列為空");
        }
        return array[tail];
    }

    /**
     * 佇列是否為空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty(){
        return head==tail;
    }

    /**
     * 佇列是否滿了
     * @return
     */
    public boolean isFull(){
        return (tail+1)%capacity==head;
    }

    public int size(){
        return (tail+capacity-head)%capacity;
    }

    public void list(){
        for (int i = head; i <head+size() ; i++) {
            if (array[i]!=0)
              System.out.println(array[i]);
        }
    }
}