概述

从今天开始, 小白我将带大家开启 Jave 数据结构 & 算法的新篇章.

循环队列

循环队列 (Circular Queue) 是一种特殊的队列. 循环队列解决了队列出队时需要将所有数据前移一位 (复杂度为 O(n)) 的问题.

循环队列的底层依然是数组, 不过增加了指向头和尾的指针.

循环队列实现

1. 判断队列是否为空: 当头指针 Q.front == 尾指针 Q.rear, 队列为空
2. 判断队列是否为满: 当头指针 Q.front == 尾指针 Q.rear + 1) % Maxsize, 队列为满

改变队列大小

// 改变队列大小
private void resize(int capacity) {
	// 定义新数组
    E[] newData = (E[]) new Object[capacity + 1];
    
    // 转移数组元素
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        newData[i] = data[(i +front) % data.length];
    }

    // 更新
    data = newData;
    front = 0;
    rear = size;
}

enqueue 方法

// 入队
public void enqueue(E e) {

    // 判断是否为满
    if((rear + 1) % data.length == front) {
        resize(getCapacity() * 2);
    }

    // 队伍加入
    data[rear] = e;
    rear = (rear + 1) % data.length;
    size++;
}

dequeue 方法

// 出队
public E dequeue() {

    // 判断是否为空
    if(isEmpty()) {
        throw new RuntimeException("队列为空");
    }

    // 取出第一个元素
    E element = data[front];
    data[front] = null;

    // 移动头指针
    front = (front + 1) % data.length;

    // 数组大小-1
    size--;

    // 判断是否需要缩小
    if(size==getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0) {
        resize(getCapacity() / 2);
    }

    return element;
}

main

// 主函数
public static void main(String[] args) {

    // 创建循环队列
    CircularQueue<Integer> queue = new CircularQueue<>(5);

    // 入队
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        queue.enqueue(i);
        System.out.println(queue);
    }

    // 出队
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        queue.dequeue();
        System.out.println(queue);
    }
}

输出结果:

CircularQueue{data=[0, null, null, null, null, null], front=0, rear=1, size=1}
CircularQueue{data=[0, 1, null, null, null, null], front=0, rear=2, size=2}
CircularQueue{data=[0, 1, 2, null, null, null], front=0, rear=3, size=3}
CircularQueue{data=[0, 1, 2, 3, null, null], front=0, rear=4, size=4}
CircularQueue{data=[0, 1, 2, 3, 4, null], front=0, rear=5, size=5}
CircularQueue{data=[0, 1, 2, 3, 4, 5, null, null, null, null, null], front=0, rear=6, size=6}
CircularQueue{data=[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, null, null, null, null], front=0, rear=7, size=7}
CircularQueue{data=[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, null, null, null], front=0, rear=8, size=8}
CircularQueue{data=[null, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, null, null, null], front=1, rear=8, size=7}
CircularQueue{data=[null, null, 2, 3, 4, 5, 6, 7, null, null, null], front=2, rear=8, size=6}
CircularQueue{data=[null, null, null, 3, 4, 5, 6, 7, null, null, null], front=3, rear=8, size=5}
CircularQueue{data=[null, null, null, null, 4, 5, 6, 7, null, null, null], front=4, rear=8, size=4}
CircularQueue{data=[null, null, null, null, null, 5, 6, 7, null, null, null], front=5, rear=8, size=3}
CircularQueue{data=[6, 7, null, null, null, null], front=0, rear=2, size=2}
CircularQueue{data=[7, null, null], front=0, rear=1, size=1}
CircularQueue{data=[null, null], front=0, rear=0, size=0}

完整代码

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;

public class CircularQueue<E> {

    private E[] data;
    private int front, rear;
    private int size;

    // 无参构造
    public CircularQueue() {
        this(10);
    }

    // 有参构造
    public CircularQueue(int capacity) {
       data = (E[]) new Object[capacity + 1];
       front = rear = size = 0;
    }

    // 入队
    public void enqueue(E e) {

        // 判断是否为满
        if((rear + 1) % data.length == front) {
            resize(getCapacity() * 2);
        }

        // 队伍加入
        data[rear] = e;
        rear = (rear + 1) % data.length;
        size++;
    }

    // 出队
    public E dequeue() {

        // 判断是否为空
        if(isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("队列为空");
        }

        // 取出第一个元素
        E element = data[front];
        data[front] = null;

        // 移动头指针
        front = (front + 1) % data.length;

        // 数组大小-1
        size--;

        // 判断是否需要缩小
        if(size==getCapacity() / 4 && getCapacity() / 2 != 0) {
            resize(getCapacity() / 2);
        }

        return element;
    }

    // 获取队列大小
    public int getSize() {
        return size;
    }

    // 获取队列容量
    public int getCapacity() {
        return data.length - 1;
    }

    // 队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return front == rear;
    }

    // 改变队列大小
    private void resize(int capacity) {

        // 创建新数组
        E[] newData = (E[]) new Object[capacity + 1];

        // 转移数组元素
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            newData[i] = data[(i +front) % data.length];
        }

        // 更新
        data = newData;
        front = 0;
        rear = size;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "CircularQueue{" +
                "data=" + Arrays.toString(data) +
                ", front=" + front +
                ", rear=" + rear +
                ", size=" + size +
                '}';
    }

    // 主函数
    public static void main(String[] args) {

        // 创建循环队列
        CircularQueue<Integer> queue = new CircularQueue<>(5);

        // 入队
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            queue.enqueue(i);
            System.out.println(queue);
        }

        // 出队
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            queue.dequeue();
            System.out.println(queue);
        }
    }
}