20172303 2018-2019-1 《程序設計與數據結構》第3周學習總結

教材學習內容總結

本周學習了課本第五章的內容，主要介紹了一種新的線性集合——隊列。講解了關於隊列的相關概念以及使用鏈表和數組實現隊列的方法。

一、隊列概述

• 元素處理方式：先進先出（First In First Out,FIFO)，第一個進入的元素也將是第一個退出的元素。
  • 隊頭(front或head)：取出數據元素的一端。
  • 隊尾(rear或tail)：插入數據元素的一端。
• 隊列的操作
  • enqueue(也稱add或insert)：向隊列末端添加一個元素
  • dequeue(也稱remove或serve)：從隊列前端刪除一個元素
  • first(也稱front)：考察隊列前端的那個元素
  • isEmpty：判斷隊列是否為空
  • size：判斷隊列中的元素數目
  • toString：返回隊列的字符串表示
• 應用：存儲重復編碼密鑰、實現售票窗口排隊等
• 隊列的類型
  • 順序隊列
    
  • 循環隊列
    

因為隊列的後四種操作的實現都比較簡單，和之前棧的相關類似操作比較類似。主要的不同體現在enqueue和dequeue上，因為棧只需在集合的一端操作，而隊列需要在兩端實現，所以接下來的內容主要在enqueue和dequeue兩種方法上進行討論。

二、用鏈表實現隊列

• 用鏈表進行實現時，要設置兩個引用，一個指向鏈表首元素的引用（head），一個指向鏈表末尾元素的引用（tail）。
• 對於單向鏈表，一般選擇從末端入列，前端出列。雖然不論從前端還是後端入列，其復雜度均為O(1)。但出列時會有很大不同，從鏈表前端刪除時復雜度仍為O(1)，但在鏈表末端刪除時，為了尋找到最末端元素的前一個，必須遍歷鏈表，這樣它的復雜度為O(n)，就不如從前端刪除的速度快了。
• enqueue操作——將新元素放到鏈表末端

public void enqueue(T element)
    {
        LinearNode<T> node = new LinearNode<T>(element);
        if (isEmpty()) {
            head = node;
        } 
        else {
            tail.setNext(node);
        }
        tail = node;
        count++;
    }
 

• dequeue操作——從鏈表前端刪除元素

public T dequeue() throws EmptyCollectionException
    {
        if (isEmpty()) {
            throw new EmptyCollectionException("queue");
        }

        T result = head.getElement();
        head = head.getNext();
        count--;

        if (isEmpty()) {
            tail = null;
        }

        return result;
    }

三、用數組實現隊列

• 將隊列的某一端固定在數組的索引0處。如果是單向列表，在刪除元素時要移動元素，使得操作的效率很低，所以這種情況下可以使用環形數組來實現隊列。
• enqueue操作

public void enqueue(T element) {
        if (size() == queue.length) {
            expandCapacity();
        }
        queue[rear] = element;
        rear = (rear + 1) % queue.length;//關鍵代碼：用於正確更新rear的值
        count++;
    }

• dequeue操作

public T dequeue() throws EmptyCollectionException {
        if (isEmpty()) {
            throw new EmptyCollectionException("queue");
        }
        T result = queue[front];
        queue[rear] = null;
        front = (front + 1) % queue.length;
        count--;
        return result;
    }

教材學習中的問題和解決過程

• 問題1：書上對於雙端隊列只是簡單地講了一下，它的具體操作有哪些？
• 問題1解決方案：Deque的含義是“double ended queue”，即雙端隊列.Deque是一種具有隊列和棧的性質的數據結構。雙端隊列中的元素可以從兩端彈出,其限定插入和刪除操作在表的兩端進行。Deque在Java中以接口的形式存在，同時Deque還繼承Queue（隊列）的接口。
• Deque的類圖：
  
• 通過類圖可以發現，Deque繼承了Queue（隊列）的接口，它的直接實現有ArrayDeque、LinkedList等。
• Deque的基本方法
  
• 由於Deque接口繼承Queue接口，Deque也可以當做隊列使用。
  
• 除此之外，Deque也可以當做棧使用。
  

代碼調試中的問題和解決過程

• 問題1：在敲課本上的代碼時發現很多標紅，在改過之後還是不能輸出正確答案。
  
• 問題1解決方案：再仔細看了一下發現是代碼中有的變量寫錯了，所有改正部分已在下圖指出。
  

代碼托管

上周考試錯題總結（正確為綠色，錯誤為紅色）

上周沒有課堂測試。

結對及互評

點評模板：

• 博客中值得學習的或問題：
  • 優點：相較上周在博客內容方面有所改進，望繼續努力。
  • 問題：博客還是圖文並茂好一些，這樣自己或者別人都看得舒服一些_(:з」∠)_ 對於代碼運行中的問題的整個過程的記錄希望可以更詳細一些。
• 代碼中值得學習的或問題：
  • 優點：代碼相比我的更加簡潔，命名更加規範。

  • 問題：commit相比上學期寫的不是很好。

    點評過的同學博客和代碼

• 本周結對學習情況
  • 20172322
  • 結對學習內容
    • 主要討論了藍墨雲的課堂實踐內容，對於用鏈表實現插入和刪除的功能進行了深入地探討。

其他（感悟、思考等，可選）

沒想到書上的代碼也會有錯，所以說敲代碼的時候也不能不用腦子地機械敲擊，這樣很容易產生錯誤。

學習進度條

• 計劃學習時間:10小時

• 實際學習時間:10小時

• 改進情況：感覺本周的東西相對比較容易，和上周也有許多類似，所以學起來沒有上周那麽困難了。

參考資料

• java數據結構與算法之（Queue）隊列設計與實現

• 深入了解雙端隊列Deque

• Java 集合深入理解（10）：Deque 雙端隊列

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