【数据结构（六）】队列

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目录

• 1.前言
• 2.概念
• 3.队列的使用
• 4.循环队列
• 5.双端队列
• 6.经典习题
• • 6.1队列实现栈
  • 6.2栈实现队列
• 7.总结

1.前言

同学们排队等过车吧，最先去排队的人就是第一个出队上车的人。这就是日常生活中的队列。在数据结构中，队列也是这样的，最先进队的人最先出队，那我们就通过这篇文章来了解队列的详细知识点吧。

2.概念

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出FIFO(First In First Out) 入队列：进行插入操作的一端称为队尾（Tail/Rear） 出队列：进行删除操作的一端称为队头（Head/Front）

3.队列的使用

在Java中，Queue是个接口，底层是通过链表实现的。

注意
Queue是个接口，在实例化时必须实例化LinkedList的对象，因为LinkedList实现了Queue接口。

public static void main(String[] args) {
    Queue<Integer> q = new LinkedList<>();
    q.offer(1);
    q.offer(2);
    q.offer(3);
    q.offer(4);
    q.offer(5);                  // 从队尾入队列
    System.out.println(q.size());
    System.out.println(q.peek());  // 获取队头元素
    q.poll();
    System.out.println(q.poll());  // 从队头出队列，并将删除的元素返回
    if(q.isEmpty()){
        System.out.println("队列空");
    }else{
        System.out.println(q.size());
    }
 }

4.循环队列

实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。如操作系统课程讲解生产者消费者模型时可以就会使用循环队列。环形队列通常使用数组实现。

设计循环队列：

设计思路

1.首先要创建一个数组，我们再定义两个参数来确定环形数组的下个元素存放的下标end和第一个元素下标first。
2.当添加元素时，直接添加到end位置，end+1，但如果如上图，走到7的位置，那么end能直接+1吗？肯定是不行的，那么我们就可以把下一个下标定义为(end+1)%queue.length。
3.那么我们该如何判满和判空呢？我们通常认为如果end下标等于first下标就认为空，如果end是下一个元素的下标等于first元素下标，那么就认为队列满，这样判断我们就会浪费一个空间来，所以设置数组大小的时候为K+1

public class MyCircularQueue {
    int[] queue;
    int first=0;
    int end=0;
    MyCircularQueue(int k){
        queue=new int[k+1];
    }
    public int Front(){
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
        return queue[first];
    }
    public int Rear(){
        if (isEmpty()) {
            return -1;
        }
        if (end==0){
            return queue[queue.length-1];
        }else {
            return queue[end-1];
        }
    }
    public Boolean enQueue( int value){
        if(isFull()){
            return false;
        }
        queue[end]=value;
        end=(end+1)%queue.length;
        return true;
    }
    public Boolean deQueue(){
        if(isEmpty()){
            return false;
        }
        first=(first+1)%queue.length;
        return true;
    }
    public Boolean isEmpty(){
        if(first==end){
            return true;
        }else {return false;}
    }
    public Boolean isFull(){
        if((end+1)%queue.length==first){
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }
}

5.双端队列

***双端队列（deque）***是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列，deque 是 “double ended queue” 的简称。那就说明元素可以从队头出队和入队，也可以从队尾出队和入队。
Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList或者ArrayList的对象。

在实际工程中，使用Deque接口是比较多的，栈和队列均可以使用该接口。

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();//双端队列的线性实现
Deque<Integer> queue = new LinkedList<>();//双端队列的链式实现

6.经典习题

6.1队列实现栈

使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈：OJ链接
解题思路

插入元素的时候，哪一个队列不为空就插入哪一个队列
删除元素的时候，先把size-1个元素移到另外一个队列，再删除最会一个元素
易错点，不能定义stack.size()来表示从一个队列进入另一个队列的元素，因为size是一直在变的。

public class MyStack {
    public Queue<Integer> sq1;
    public Queue<Integer> sq2;
    public int size=0;
        public MyStack() {
            sq1=new LinkedList<>();
            sq2=new LinkedList<>();;
        }

        public void push(int x) {
            if(!sq1.isEmpty()){
                sq1.offer(x);
            }
            if(!sq2.isEmpty()){
                sq2.offer(x);
            }
            if(sq1.isEmpty()&&sq2.isEmpty()){
                sq1.offer(x);
            }
            size++;
        }

        public int pop() {
       if(!sq1.isEmpty()){
           for (int i=0;i<size-1;i++){
              int x= sq1.poll();
              sq2.offer(x);
           }
        size--;
           return sq1.poll();
       }
       else if(!sq2.isEmpty()){
           for (int i=0;i<size-1;i++){
                    int x= sq2.poll();
                    sq1.offer(x);
           }
       }
        size--;

        return sq2.poll();
        }

        public int top() {
            int x=-1;
            if(!sq1.isEmpty()){
                for (int i=0;i<size;i++){
                    x= sq1.poll();
                    sq2.offer(x);
                }

            }
            else if(!sq2.isEmpty()){
                for (int i=0;i<size;i++){
                     x= sq2.poll();
                    sq1.offer(x);
                }
            }
            return x;
        }
        public boolean empty() {
          return sq1.isEmpty()&&sq2.isEmpty();
        }
    }

6.2栈实现队列

请你仅使用两个栈实现先入先出队列：OJ链接
解题思路

定义两个栈s1，和s2，每次入队列存入s1中，每次出队列存入s2中。
当要出队列时，就把s1的元素依次出队，进入s2当中，s2再出队列
易错点，不能定义stack.size()来表示从s1进入s2的元素，因为s1的size是一直在变的。

class MyQueue {
    Stack<Integer> stack1;
    Stack<Integer> stack2;
    public MyQueue() {
        stack1=new Stack<>();
        stack2=new Stack<>();
    }
    public void push(int x) {
        stack1.push(x);
    }
    public int pop() {
        if(stack2.isEmpty()){
            while(!stack1.isEmpty()){
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        } 
        return stack2.pop();
    }
    public int peek() {
        if(stack2.isEmpty()){
            while(!stack1.isEmpty()){
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        } 
        return stack2.peek();
    }
    public boolean empty() {
    return stack2.isEmpty()&&stack1.isEmpty(); 
    }
}

7.总结

本篇文章主要介绍了队列的使用，循环队列，双端队列，以及如何用队列实现栈，用栈实现队列。

下期预告：二叉树