Java循环队列原理与用法详解

2023-07-28 14:25:14 65

本文实例讲述了Java循环队列原理与用法。分享给大家供大家参考，具体如下：

在正式进行循环队列学习之前，我们先来看看在顺序队列中删除队首元素出现的问题

（1）设一个容量为capacity=8，size=5(a,b,c,d,e)的数组，左侧为队首、右侧为队尾。

（2）出队一个元素后，需整体往前移动一位

#出队

#2整体前移一位

关于该种操作方式我们很容易得出时间复杂度为O(n)。

这时我们就想可不可以在出队元素后，整体元素不往前移，而是在数组中记下队首front是谁，同时队尾tail指向在下一次元素入队时的位置，这样当再有出队时只需要维护一下front的指向即可，而不需移动元素。就这样我们就有了循环队列的情况。

2.循环队列原理

(1)初始，数组整体为空时，队首front、队尾tail指向同一个位置（数组索引为0的地方）也即front==tail时队列为空

(2)当往数组中添加元素后，

(3)出队一个元素，front指向新的位置

(4)入队元素，tail叠加

(5)当tail不能再增加时，数组前面还有空余，此时循环队列就该出场了。

此时数组应该变为这样：

在往数组中添加一个元素：

这样数组就已经满了（tail+1==front队列满），开始出发扩容操作。【capacity中，浪费一个空间】。

为了tail能返回到数组的前面位置，将队列满的表达式变为【（tail+1）%c==front】这样数组就可以循环移动了。

3.循环队列代码实现

新建一个类LoopQueue并实现接口Queue。

#1：接口Queue代码如下：

packageQueue;

publicinterfaceQueue{
//获取队列中元素个数
intgetSize();

//队列中元素是否为空
booleanisEmpty();

//入队列
voidenqueue(Ee);

//出队列
Edequeue();

//获取队首元素
EgetFront();
}

#2：LoopQueue相关代码：

packageQueue;

//循环队列
publicclassLoopQueueimplementsQueue{
privateE[]data;
privateintfront,tail;
privateintsize;//队列中元素个数

//构造函数，传入队列的容量capacity构造函数
publicLoopQueue(intcapacity){
data=(E[])newObject[capacity+1];//浪费与一个空间
front=0;
tail=0;
size=0;
}

//无参构造函数，默认队列的容量capacity=10
publicLoopQueue(){
this(10);
}

//真正容量
publicintgetCapacity(){
returndata.length-1;
}

//队列是否为空
@Override
publicbooleanisEmpty(){
returnfront==tail;
}

//队列中元素个数
@Override
publicintgetSize(){
returnsize;
}

//入队列操作
@Override
publicvoidenqueue(Ee){
if((tail+1)%data.length==front){//队列已满，需要扩容
resize(getCapacity()*2);
}
data[tail]=e;
tail=(tail+1)%data.length;
size++;
}

//出队操作

@Override
publicEdequeue(){
if(isEmpty()){
thrownewIllegalArgumentException("队列为空");
}

Eret=data[front];
data[front]=null;//手动释放
front=(front+1)%data.length;
size--;
if(size==getCapacity()/4&&getCapacity()/2!=0){
resize(getCapacity()/2);
}
returnret;
}

//获取队首元素
@Override
publicEgetFront(){
if(isEmpty()){
thrownewIllegalArgumentException("队列为空");
}
returndata[front];
}

//改变容量
privatevoidresize(intnewCapacity){
E[]newData=(E[])newObject[newCapacity+1];
for(inti=0;i
在关于LoopQueue类中需要注意的：
（1）第11行中的+1是capacity需要浪费一个空间，故在实例化是多加1
data=(E[])newObject[capacity+1];//浪费与一个空间
（2）地24行真正的容量是data.length-1，这是由于有一个空间是浪费的。
data.length-1;
（3）关于入队中第46行tail值的说明
为了保证入队是循环操作，tail值的变化规律为
tail=(tail+1)%data.length;
（4）关于82行的数据迁移操作，取余操作是为了防止循环数组时越界。
newData[i]=data[(front+i)%data.length];//循环数组防止越界
#3直接在LoopQueue中添加一个main函数进行测试，相关代码如下：
//测试用例
publicstaticvoidmain(String[]args){
LoopQueuequeue=newLoopQueue();
for(inti=0;i<10;i++){
queue.enqueue(i);
System.out.println(queue);

if(i%3==2){//每添加3个元素出队列一个
queue.dequeue();
System.out.println(queue);
}

}

}
结果为：
 
4.循环队列时间复杂度

到此我们就实现了一个循环队列操作，解决了在顺序队列中出队时的时间复杂度为O(n)的情况，在循环队列中出队的时间复杂度为O(1)。
源码地址https://github.com/FelixBin/dataStructure/blob/master/src/Queue/LoopQueue.java
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希望本文所述对大家java程序设计有所帮助。
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Java循环队列原理与用法详解

2.循环队列原理

3.循环队列代码实现

4.循环队列时间复杂度

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