本文實(shí)例講述了Java循環(huán)隊(duì)列原理與用法。分享給大家供大家參考,具體如下:
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在正式進(jìn)行循環(huán)隊(duì)列學(xué)習(xí)之前,我們先來(lái)看看在順序隊(duì)列中刪除隊(duì)首元素出現(xiàn)的問(wèn)題
(1)設(shè)一個(gè)容量為capacity=8,size=5(a,b,c,d,e)的數(shù)組,左側(cè)為隊(duì)首、右側(cè)為隊(duì)尾。

(2)出隊(duì)一個(gè)元素后,需整體往前移動(dòng)一位
#出隊(duì)
#2整體前移一位

關(guān)于該種操作方式我們很容易得出時(shí)間復(fù)雜度為O(n)。
這時(shí)我們就想可不可以在出隊(duì)元素后,整體元素不往前移,而是在數(shù)組中記下隊(duì)首front是誰(shuí),同時(shí)隊(duì)尾tail指向在下一次元素入隊(duì)時(shí)的位置,這樣當(dāng)再有出隊(duì)時(shí)只需要維護(hù)一下front的指向即可,而不需移動(dòng)元素。就這樣我們就有了循環(huán)隊(duì)列的情況。

(1)初始,數(shù)組整體為空時(shí),隊(duì)首front、隊(duì)尾tail指向同一個(gè)位置(數(shù)組索引為0的地方)也即front==tail 時(shí)隊(duì)列為空

(2)當(dāng)往數(shù)組中添加元素后,

(3)出隊(duì)一個(gè)元素,front指向新的位置

(4)入隊(duì)元素,tail疊加

(5)當(dāng)tail不能再增加時(shí),數(shù)組前面還有空余,此時(shí)循環(huán)隊(duì)列就該出場(chǎng)了。

此時(shí)數(shù)組應(yīng)該變?yōu)檫@樣:

在往數(shù)組中添加一個(gè)元素:

這樣數(shù)組就已經(jīng)滿(mǎn)了(tail+1==front 隊(duì)列滿(mǎn)),開(kāi)始出發(fā)擴(kuò)容操作。【capacity中,浪費(fèi)一個(gè)空間】。
為了tail能返回到數(shù)組的前面位置,將隊(duì)列滿(mǎn)的表達(dá)式變?yōu)?【(tail+1)%c==front】這樣數(shù)組就可以循環(huán)移動(dòng)了。
新建一個(gè)類(lèi)LoopQueue并實(shí)現(xiàn)接口Queue。
#1:接口Queue代碼如下:
package Queue;
public interface Queue<E> {
//獲取隊(duì)列中元素個(gè)數(shù)
int getSize();
//隊(duì)列中元素是否為空
boolean isEmpty();
//入隊(duì)列
void enqueue(E e);
//出隊(duì)列
E dequeue();
//獲取隊(duì)首元素
E getFront();
}#2:LoopQueue相關(guān)代碼:
package Queue;
//循環(huán)隊(duì)列
public class LoopQueue<E> implements Queue<E> {
private E[] data;
private int front, tail;
private int size;//隊(duì)列中元素個(gè)數(shù)
//構(gòu)造函數(shù),傳入隊(duì)列的容量capacity構(gòu)造函數(shù)
public LoopQueue(int capacity) {
data = (E[]) new Object[capacity + 1];//浪費(fèi)與一個(gè)空間
front = 0;
tail = 0;
size = 0;
}
//無(wú)參構(gòu)造函數(shù),默認(rèn)隊(duì)列的容量capacity=10
public LoopQueue() {
this(10);
}
//真正容量
public int getCapacity() {
return data.length - 1;
}
//隊(duì)列是否為空
@Override
public boolean isEmpty() {
return front == tail;
}
//隊(duì)列中元素個(gè)數(shù)
@Override
public int getSize() {
return size;
}
//入隊(duì)列操作
@Override
public void enqueue(E e) {
if ((tail + 1) % data.length == front) {//隊(duì)列已滿(mǎn),需要擴(kuò)容
resize(getCapacity() * 2);
}
data[tail] = e;
tail = (tail + 1) % data.length;
size++;
}
//出隊(duì)操作
@Override
public E dequeue() {
if (isEmpty()) {
throw new IllegalArgumentException("隊(duì)列為空");
}
E ret = data[front];
data[front] = null;//手動(dòng)釋放
front = (front + 1) % data.length;
size--;
if (size == getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0) {
resize(getCapacity() / 2);
}
return ret;
}
//獲取隊(duì)首元素
@Override
public E getFront() {
if (isEmpty()) {
throw new IllegalArgumentException("隊(duì)列為空");
}
return data[front];
}
//改變?nèi)萘? private void resize(int newCapacity) {
E[] newData = (E[]) new Object[newCapacity + 1];
for (int i = 0; i < size; i++) {
newData[i] = data[(front + i) % data.length];//循環(huán)數(shù)組防止越界
}
data = newData;
front = 0;
tail = size;
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Queue:size=%d, capacity=%d\n", size, getCapacity()));
res.append("front [");
for (int i = front; i != tail; i = (i + 1) % data.length) {
res.append(data[i]);
if ((i + 1) % data.length != tail) {
res.append(",");
}
}
res.append("] tail");
return res.toString();
}
}在關(guān)于LoopQueue類(lèi)中需要注意的:
(1)第11行中的+1是capacity需要浪費(fèi)一個(gè)空間,故在實(shí)例化是多加1
data = (E[]) new Object[capacity + 1];//浪費(fèi)與一個(gè)空間
(2)地24行真正的容量是data.length-1,這是由于有一個(gè)空間是浪費(fèi)的。
data.length - 1;
(3)關(guān)于入隊(duì)中第46行tail值的說(shuō)明
為了保證入隊(duì)是循環(huán)操作,tail值的變化規(guī)律為
tail = (tail + 1) % data.length;
(4)關(guān)于82行的數(shù)據(jù)遷移操作,取余操作是為了防止循環(huán)數(shù)組時(shí)越界。
newData[i] = data[(front + i) % data.length];//循環(huán)數(shù)組防止越界
#3直接在LoopQueue中添加一個(gè)main函數(shù)進(jìn)行測(cè)試,相關(guān)代碼如下:
//測(cè)試用例
public static void main(String[] args) {
LoopQueue<Integer> queue = new LoopQueue<Integer>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
queue.enqueue(i);
System.out.println(queue);
if(i%3==2){//每添加3個(gè)元素出隊(duì)列一個(gè)
queue.dequeue();
System.out.println(queue);
}
}
}結(jié)果為:


到此我們就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)循環(huán)隊(duì)列操作,解決了在順序隊(duì)列中出隊(duì)時(shí)的時(shí)間復(fù)雜度為O(n)的情況,在循環(huán)隊(duì)列中出隊(duì)的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)。
源碼地址 https://github.com/FelixBin/dataStructure/blob/master/src/Queue/LoopQueue.java
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希望本文所述對(duì)大家java程序設(shè)計(jì)有所幫助。
網(wǎng)頁(yè)名稱(chēng):Java循環(huán)隊(duì)列原理與用法詳解
文章URL:http://www.chinadenli.net/article28/pecpcp.html
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