Java資料結構-線性表之隊列

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隊列(Queue)的定義：只允許在一端進行插入另一端進行刪除操作的線性表。允許插入的一端稱為隊尾(rear) ，允許刪除的一端稱為隊頭(front)。 具有“先進先出”特點。

隊列也是線性表，所以也存在順序結構和鏈式結構。

順序隊列：

對於隊列，入隊操作的解釋為：
(是在隊尾追加一個元素，不需要移動任何元素，因此時間複雜度為0(1)。)

1. 判斷隊列是否已滿；
2. 如果沒滿則先給隊尾元素賦值;
3. 然後將隊尾指標後移一位（對隊尾指標賦值，Q->rear = Q->rear+1 )。

出隊操作解釋為：
(隊列中的所有元素都得向前移動，以保證隊列的隊頭（也就是下標為0的位置）不為空白，此時的時間複雜度為0(n)。)

1. 判斷隊列是否為空白；
2. 若不為空白則將對首元素取出用來返回；
3. 然後將對首指標後移一位（對隊首指標賦值，Q->front = Q->front+1 )。
4. 隊列是否為空白判斷：隊首指標和隊尾指標進行判斷是否相等。

隊列的實際長度：隊尾指標-對首指標；也可以通過設定一個變數來進行儲存。

下面是我的順序隊列的Java實現：

package com.phn.queue;/** * @author 潘海南 * @Email [email protected] * @TODO 順序隊列 * @date 2015年7月20日 */public class FOArrayQueue<E> {    //預設隊列容量    private static final int DEFUALT_CAPACITY = 100;    //佇列儲存體資料元素的數組    private Object[] data = null;    //隊列的實際大小    private int size;    //隊列的對首索引    private int front;    //隊列的隊尾索引    private int rear;    //隊列的實際容量    private int capacity;    /**     * @TODO 無參建構函式，初始化隊列     */    public FOArrayQueue() {        this(DEFUALT_CAPACITY);    }    /**     * @param initialCapacity 隊列初始化容量     */    public FOArrayQueue(int initialCapacity) {        this.data = new Object[initialCapacity];        this.front = 0;        this.rear = 0;        this.size = 0;        this.capacity = initialCapacity;    }    /**     * @TODO 隊列入隊操作     * @param e 需要入隊的資料元素     * @return true     */    public boolean enQueue(E e){        if(this.isFull()){            throw new RuntimeException("隊列已滿！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 隊列的出隊操作     * @return e 位於對首的資料元素     */    public E deQueue(){        if(this.isEmpty()){            throw new RuntimeException("隊列為空白！");        }        E e = (E)this.data[this.front];//      this.front = (this.front+1)%(this.capacity);        this.front = this.front+1;        this.size--;        return e;    }    /**     * @TODO 判斷隊列是否為空白     * @return true空 or false不為空白     */    public boolean isEmpty(){        if(this.front==this.size){            return true;        }        return false;    }    /**     * @TODO 判斷隊列是否已滿     * @return true滿 or false未滿     */    public boolean isFull(){        //這裡不能用size來進行判斷，用size會出現假溢出的情況        if(this.rear==this.capacity-1){            return true;        }        return false;    }    /**     * @TODO 擷取隊列的長度     * @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();    }}

下面是我的測試代碼：

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());}

測試：

??由於隊列的入隊和出隊操作的結果導致隊列容易出現“假溢出”，於是乎出現了迴圈隊列。

迴圈隊列需要注意的地方如下：

• 執行入隊操作後，隊尾指標的變化：Q->rear = (Q->rear+1)% capacity。
• 執行出隊操作後，對首指標的變化：Q->front= (Q->front+1)% capacity。
• 判斷是否為空白的情況：Q->front=Q->rear。
• 判斷隊列是否為滿的情況，需要放棄隊列一個位置來區分開來隊列是否為空白是否為滿，這樣判斷條件為：Q->front= (Q->rear + 1)% capacity。
• 隊列實際長度：（隊尾指標-對首指標+數組長度）% 數組長度；或者可以通過設定一個變數來進行儲存；或者都通過Q->front=Q->rear外加一個flag變數進行判斷。

好了，迴圈隊列也就介紹這些。

鏈隊列：
定義：隊列的鏈式儲存結構，其實就是線性表的單鏈表，只不過它只能尾進頭出而已，我們把它簡稱為鏈隊列。
??為了方便操作，將隊頭指標指向鏈隊列的頭結點，而隊尾指標指向終端結點。
??當隊列為空白時，front和rear都指向頭結點。

??正如鏈隊就類似於單鏈表，這裡鏈隊的入隊、出隊、判斷為空白等操作也基本類似，這裡就不描述了，詳情請參考之前的單鏈表。

??其實看了之前的再看這裡其實很容易的，不懂的話還可以參考這個網址：http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/2357

迴圈隊列和鏈隊列的比較。

1. 時間上：它們的基本操作都是常數時間O(1)，這裡還有點細微的差別（迴圈隊列是事先申請好空間，使用期間不釋放，而對於鏈隊列，每次申請和釋放結點也會存在一些時間開銷，如果入隊出隊頻繁，則兩者還是有細微差異）。
2. 空間上：迴圈隊列的長度固定，因此有了空間浪費的問題；而鏈隊列不存在這個問題，但是每個節點需要一個指標域，這是需要消耗一定的空間。相對來說，鏈隊列更加靈活。

總結：
??在確定隊列長度最大值的情況，建議使用迴圈隊列；否則請使用鏈隊列。“迴圈隊列”最大優點就是節省空間的和少分配空間，而鏈隊列多了一點點地址儲存開銷。

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