【小白學演算法】3. 佇列

把蘋果v咬哭發表於2021-03-11
演算法佇列

一、什麼是佇列

  • 佇列是一個有序列表，可以用陣列或者連結串列來實現。
  • 遵循先入先出的原則，即：先存入佇列的資料，要先取出。後存入的的資料，後取出。

看一張佇列的模擬圖，1，2，3表示同一個佇列Queue。
在佇列中有2個指標，front表示隊首，rear表示隊尾。

  1. 圖1中表示佇列裡還沒有資料，所以front跟rear初始化都是-1。
  2. 當圖2中有資料進行存入的時候，front沒變，而rear則隨著資料的增多而改變。存入了4個資料，於是rear=3。
  3. 再看圖3，front變成了2，rear沒有變化，因為前面的2個資料被依次先取出，所以隊首就變成了2。

    這就是佇列的“先進先出”了。

二、用陣列來模擬佇列

思路也比較簡單，因為佇列的輸出、輸入是分別從前後端來處理，因此需要兩個變數front以及rear分別記錄佇列的
前後端下標。front會隨著資料輸出而改變，而rear則是隨著資料的輸入而改變。

package sparsearray;

import java.util.Scanner;

public class MyArrayQueue {
    public static void main(String[] args) {
        // 建立一個佇列
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' '; //接受使用者輸入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        // 輸出一個選單
        while (loop) {
            System.out.println("s(show): 顯示佇列");
            System.out.println("e(exit): 退出程式");
            System.out.println("a(add): 新增資料到佇列");
            System.out.println("g(get): 從佇列取出資料");
            System.out.println("h(head): 顯示隊首的資料");
            key = scanner.next().charAt(0); // 接收一個字元
            switch (key) {
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("請要新增的數");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的資料是：%d", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int headValue = arrayQueue.showHeadQueue();
                        System.out.printf("隊首資料是：%d", headValue);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
            }
        }
        System.out.println("退出程式");
    }
}

// 把佇列抽象成一個類，ArrayQueue
class ArrayQueue {
    //表示陣列最大容量
    private int maxSize;
    // 佇列頭
    private int front;
    // 佇列尾
    private int rear;
    // 用於存放資料的陣列
    private int[] arr;

    // 構造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1; // 指向隊首的前一個位置
        rear = -1; // 指向佇列尾部，包括佇列最後的這個資料
    }

    // 判斷佇列是否已經存滿
    public boolean isFull() {
        return rear == maxSize - 1; // 注意這裡的 maxSize-1 為什麼要減1
    }

    // 判斷佇列是否為空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    // 新增資料到佇列
    public void addQueue(int num) {
        // 判斷佇列是否滿了
        if (isFull()) {
            System.out.println("佇列已滿，不可加入資料");
            return;
        }
        rear++; // 讓rear後移
        arr[rear] = num;
    }

    // 拿出佇列資料
    public int getQueue() {
        // 判斷佇列是否空
        if (isEmpty()) {
            // 丟擲異常
            throw new RuntimeException("佇列為空，不可取資料");
        }
        front++; // front後移
        return arr[front];
    }

    // 顯示佇列所有資料
    public void showQueue() {
        // 遍歷
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("佇列為空");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
        }

    }

    // 顯示隊裡的隊首資料
    public int showHeadQueue() {
        if (isEmpty()) {
            // 丟擲異常
            throw new RuntimeException("佇列為空，不可取資料");
        }
        return arr[front + 1]; // 注意這裡為甚麼要+1，因為指向隊首的前一個位置
    }
}

可以用程式碼分別的進行各項操作，看起來似乎沒問題。
但是，實際是有問題。
這裡建立的陣列使用一次就不能接著用了，比如把資料取完後，再往裡加資料就不行了。

所以要對其進行優化，使用演算法，將其改成一個環形佇列，取模：%。
下一章繼續。

相關文章