简明易懂的算法文章-了解队列的数据结构

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（翻译文）
在本教程中，您将了解队列是什么。此外，您还可以在java中找到队列的实现。
队列是编程中一种有用的数据结构。这类似于电影院大厅外的售票队列，第一个进入队列的人是第一个拿到票的人。
队列遵循先进先出（FIFO）规则-先进入的项目也是先出来的项目。
在这里插入图片描述
在上图中，由于1在2之前保留在队列中，因此它也是第一个从队列中删除的队列。它遵循FIFO规则。
用编程术语来说，将项目放入队列称为“入队”，而将项目从队列中删除则称为“出队”。
我们可以使用任何编程语言（例如C，C ++，Java，Python或C＃）来实现队列，但是规范几乎是相同的。

队列的基本操作

队列是一个对象，或更具体地说，是一个允许执行以下操作的抽象数据结构（ADT）：

Enqueue：将元素添加到队列的末尾
Dequeue：从队列的前面删除一个元素
IsEmpty：检查队列是否为空
IsFull：检查队列是否已满
Peek：获取队列最前面的值而不删除它

队列工作

队列操作如下：

两个指针 FRONT 和 REAR
FRONT 指向队列的第一个元素
REAR 指向队列的最后一个元素
最初，将 FRONT 和 REAR 的值设置为-1

入队操作

检查队列是否已满
对于第一个元素，设置 FRONT 为0
REAR 索引增加1
在 REAR 指向的位置添加新元素

出队操作

检查队列是否为空
返回 FRONT 所指的值
FRONT 的索引增加1
对于最后一个元素，重置 FRONT 和 REAR 的值为 -1

Java中的队列实现

最常见的队列实现是使用数组，但是也可以使用列表来实现。

// Queue implementation in Java

public class Queue {
    
    
  int SIZE = 5;
  int items[] = new int[SIZE];
  int front, rear;

  Queue() {
    
    
    front = -1;
    rear = -1;
  }

  boolean isFull() {
    
    
    if (front == 0 && rear == SIZE - 1) {
    
    
      return true;
    }
    return false;
  }

  boolean isEmpty() {
    
    
    if (front == -1)
      return true;
    else
      return false;
  }

  void enQueue(int element) {
    
    
    if (isFull()) {
    
    
      System.out.println("Queue is full");
    } else {
    
    
      if (front == -1)
        front = 0;
      rear++;
      items[rear] = element;
      System.out.println("Inserted " + element);
    }
  }

  int deQueue() {
    
    
    int element;
    if (isEmpty()) {
    
    
      System.out.println("Queue is empty");
      return (-1);
    } else {
    
    
      element = items[front];
      if (front >= rear) {
    
    
        front = -1;
        rear = -1;
      } /* Q has only one element, so we reset the queue after deleting it. */
      else {
    
    
        front++;
      }
      System.out.println("Deleted -> " + element);
      return (element);
    }
  }

  void display() {
    
    
    /* Function to display elements of Queue */
    int i;
    if (isEmpty()) {
    
    
      System.out.println("Empty Queue");
    } else {
    
    
      System.out.println("\nFront index-> " + front);
      System.out.println("Items -> ");
      for (i = front; i <= rear; i++)
        System.out.print(items[i] + "  ");

      System.out.println("\nRear index-> " + rear);
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    
    
    Queue q = new Queue();

    // deQueue is not possible on empty queue
    q.deQueue();

    // enQueue 5 elements
    q.enQueue(1);
    q.enQueue(2);
    q.enQueue(3);
    q.enQueue(4);
    q.enQueue(5);

    // 6th element can't be added to queue because queue is full
    q.enQueue(6);

    q.display();

    // deQueue removes element entered first i.e. 1
    q.deQueue();

    // Now we have just 4 elements
    q.display();

  }
}

运行结果如下：

Queue is empty
Inserted 1
Inserted 2
Inserted 3
Inserted 4
Inserted 5
Queue is full

Front index-> 0
Items -> 
1  2  3  4  5  
Rear index-> 4
Deleted -> 1

Front index-> 1
Items -> 
2  3  4  5  
Rear index-> 4

队列限制

如您在下图中所看到的，经过一些入队和出队后，队列的大小已减小。
在这里插入图片描述
只有当所有元素都已出队后，才能在重置队列后使用索引0和1。
在 REAR 到达最后一个索引，如果我们可以在多余的空间（0和1）中存储多余的元素，则可以利用这些空白。这是由一个称为循环队列的修改队列实现的。

复杂度分析

使用数组的队列中入队和出队操作的复杂度为O(1)。

队列数据结构的应用

CPU调度，磁盘调度
在两个进程之间异步传输数据时。队列用于同步。例如：IO缓冲区，管道，文件IO等
实时系统中的中断处理。
呼叫中心电话系统使用队列来使人们按顺序呼叫

参考文档

https://www.programiz.com/dsa/queue