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1、队列基本说明

1、队列是一个有序列表，可以用数组或者者链表实现
2、遵循先进先出准则，先存入数据先取出，后存入后取出

2、数组模拟队列

image.png

1、队列本身是有序列表，若使用数组的结构来存储队列的数据，则队列数组的公告如上图, 其中 maxSize 是该队列的最大容量。
2、由于队列的输出、输入是分别从前后台来解决，因而需要两个变量 front及 rear分别记录队列前后台的下标，front 会随着数据输出而改变，而 rear则是随着数据输入而改变

3、数组模拟队列设计思路：

当我们将数据存入队列时称为”addQueue”，addQueue 的解决需要有两个步骤：
(1)将尾指针往后移：rear+1 , 前提是 判断 能否为空 取决于 front == rear 【空】
(2)若尾指针 rear 小于队列的最大下标 maxSize-1，则将数据存入 rear所指的数组元素中，否则无法存入数据。
前提判断能否 队列 容量满了 rear == maxSize – 1[队列满]

4、核心代码和测试代码：

package com.kk.datastructure.queue;import java.util.Scanner;import javax.management.RuntimeErrorException;/** * title: 数组模拟队列 * @author 阿K * 2020年11月22日 下午2:12:32  */public class ArrayQueueDemo {    public static void main(String[] args) {        //创立一个队列        ArrayQueue queue = new ArrayQueue(3);        char key = ' '; //接收客户输入        Scanner scanner = new Scanner(System.in);//        boolean loop = true;        //输出一个菜单        while (loop) {            System.out.println("s(show): 显示队列");            System.out.println("e(exit): 退出程序");            System.out.println("a(add): 增加数据到队列");            System.out.println("g(get): 从队列取出数据");            System.out.println("h(head): 查看队列头的数据");            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符            switch (key) {                case 's':                    queue.showQueue();                    break;                case 'a':                    System.out.println("输出一个数");                    int value = scanner.nextInt();                    queue.addQueue(value);                    break;                case 'g': //取出数据                    try {                        int res = queue.getQueue();                        System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);                    } catch (Exception e) {                        // TODO: handle exception                        System.out.println(e.getMessage());                    }                    break;                case 'h': //查看队列头的数据                    try {                        int res = queue.headQueue();                        System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);                    } catch (Exception e) {                        // TODO: handle exception                        System.out.println(e.getMessage());                    }                    break;                case 'e': //退出                    scanner.close();                    loop = false;                    break;                default:                    break;            }        }        System.out.println("程序退出~~");    }    }// 使用数组模拟一个队列：ArrayQueue类class ArrayQueue{    private int maxSize;// 数组最大的容量    private int front;  // 队列头    private int rear;   // 对列尾    private int[] arr;  // 该数组用于模拟队列存放的数据        // 创立队列构造器    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {        maxSize = arrMaxSize;        arr = new int[maxSize ];        front = -1;// 指向队列头部，分析出目前初始化的 front 是指向队列头的前一个位置               rear = -1; // 指向队列尾部，意思就是队列最后一个数据的位置    }        // 判断队列能否满    public boolean isFull() {        return rear == maxSize-1;// 队列尾  == 数组的最后一个数据    }        // 判断你队列能否为空    public boolean isEmpty() {        return front == rear;// 头尾相等，说明没数据    }        // 增加数据到队列    public void addQueue(int n) {        // 判断队列能否满        if(isFull()) {            System.out.println("队列已满,无法增加数据~~~~");            return;        }        rear++; // 让 rear 后移        arr[rear] = n;    }        // 获取队列数据(出队列)    public int getQueue() {        // 判断队列能否为空        if(isEmpty()) {            // 通过异常抛出 null            throw new RuntimeException("队列为空，无法取数据~~~");        }        front++;// front后移        int result = arr[front];        arr[front] = 0;// 此时取出的值 位置存放的为0        return result;    }        // 显示队列的所有数据    public void showQueue() {        // 判空        if(isEmpty()) {            System.out.println("队列为空,无法显示数据~~~~");            return;        }        // 遍历        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {            System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i,arr[i]);        }    }        // 显示头队列，而非取出    public int headQueue() {        // 判空        if (isEmpty()) {            // 通过异常抛出 null            throw new RuntimeException("队列为空，无法取数据~~~");        }        // 显示        return arr[front+1];// 这边加一的起因是一开始，初始化指向的是队列头的前一个    }}

5、此队列出现的问题和优化：

1、目前设计的队列只能使用一次(由于数组只能有一次)，没有达到复用效果
2、将此数组用算法改进，成一个环形队列，取模 %

6、环形队列设计思路：参考之一(实现方式有很多)

1. front 变量调整： front 就指向队列的第一个元素, 也就是说 arr[front] 就是队列的第一个元素
   front 的初始值 = 0 (之前的是 front +1 才是第一个元素，初始值 -1)
2. rear 变量的调整：rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置. 由于希望空出一个空间做为商定.
   rear 的初始值 = 0 (之前的是 rear 就是最后一个元素，现在是 rear -1 才是最后一个元素，初始值 -1 )
3. 当队列满时，公式是 (rear + 1) % maxSize == front (腿上面是头时，你就没法再被拉长了)
4. 对队列为空的条件， rear == front 空 (你的 头距离地面 20cm ，你的腿也是 ，那么你的肉体就不存在了)
5. 当我们这样分析， 队列中有效的数据的个数 (rear + maxSize – front) % maxSize
6. 关于第五点的公式推导，假如非环形队列有效个数是 rear-front。那么是不是就很好了解了

7、环形队列测试和代码实现

package com.kk.datastructure.queue;import java.util.Scanner;/** * title: 环形队列实现 * @author 阿K * 2020年11月22日 下午3:50:46  */public class CircleArrayQueueDemo {    public static void main(String[] args) {        //创立一个队列        CircleArrayQueue queue = new CircleArrayQueue(4);// 此处有效数据为3         char key = ' '; //接收客户输入        Scanner scanner = new Scanner(System.in);//        boolean loop = true;        //输出一个菜单        while (loop) {            System.out.println("s(show): 显示队列");            System.out.println("e(exit): 退出程序");            System.out.println("a(add): 增加数据到队列");            System.out.println("g(get): 从队列取出数据");            System.out.println("h(head): 查看队列头的数据");            key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符            switch (key) {                case 's':                    queue.showQueue();                    break;                case 'a':                    System.out.println("输出一个数");                    int value = scanner.nextInt();                    queue.addQueue(value);                    break;                case 'g': //取出数据                    try {                        int res = queue.getQueue();                        System.out.printf("取出的数据是%d\n", res);                    } catch (Exception e) {                        // TODO: handle exception                        System.out.println(e.getMessage());                    }                    break;                case 'h': //查看队列头的数据                    try {                        int res = queue.headQueue();                        System.out.printf("队列头的数据是%d\n", res);                    } catch (Exception e) {                        // TODO: handle exception                        System.out.println(e.getMessage());                    }                    break;                case 'e': //退出                    scanner.close();                    loop = false;                    break;                default:                    break;            }        }        System.out.println("程序退出~~");    }    }//使用数组模拟一个环形队列：CArrayQueue类class CircleArrayQueue{        private int maxSize;// 数组最大的容量    // front 就指向队列的第一个元素, 也就是说 arr[front] 就是队列的第一个元素     private int front;    // rear 指向队列的最后一个元素的后一个位置    private int rear;    private int[] arr;          // 创立队列构造器    public CircleArrayQueue(int arrMaxSize) {        maxSize = arrMaxSize;        arr = new int[arrMaxSize];        // front rear 默认值为0，公告的默认值也为0，既不需要重复赋值    }        // 判断队列能否满    public boolean isFull() {        return (rear + 1)% maxSize == front;    }    // 判断你队列能否为空    public boolean isEmpty() {        return front == rear;// 头尾相等，说明没数据    }        // 增加数据到队列    public void addQueue(int n) {        // 判断队列能否满        if (isFull()) {            System.out.println("队列已满,无法增加数据~~~~");            return;        }        // 直接插入进来        arr[rear] = n;        // rear 后移, 得考虑取模(环形)        rear = (rear + 1) % maxSize;    }    // 获取队列数据(出队列)    public int getQueue() {        // 判断队列能否为空        if (isEmpty()) {            // 通过异常抛出 null            throw new RuntimeException("队列为空，无法取数据~~~");        }        // 分析得 front 是指向队列的第一个元素        // 先 将 front 值保存到临时变量，用于返回        // 而后再进行后移        int value = arr[front];        front = (front + 1) % maxSize;        return value;    }    // 显示队列的所有数据    public void showQueue() {        // 判空        if (isEmpty()) {            System.out.println("队列为空,无法显示数据~~~~");            return;        }        // 遍历(从头队列 到 都队列 + 有效数据个数)        for (int i = front; i < front+size(); i++) {            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i % maxSize, arr[i % maxSize]);        }    }    // 计算出有效数据个数    public int size() {        return (rear - front + maxSize) % maxSize;      }        // 显示头队列，而非取出    public int headQueue() {        // 判空        if (isEmpty()) {            // 通过异常抛出 null            throw new RuntimeException("队列为空，无法取数据~~~");        }        // 显示        return arr[front];    }}