算法与数据结构学习4-队列（2）

1.队列存在问题

在上一篇博客我们学习了使用数组的方法实现队列的数据结构，其原理是在数组模拟队列，并设置两个标志位front和rear，用作队列的头尾标记。

但是通过操作会发现当队列中存过数据又取走数据后相应开辟的数组空间就被浪费了。为此，利用算法对队列问题进行优化

2.问题分析与优化

1.目前数组队列使用一次就不能用，没有复用的效果。
2.将这个数组使用算法，该进成一个环形队列。

3.实现原理

将数组设置为环形的队列，即使用取模%的方式进行改进。

实现思路：
1.front变量的含义做一个调整：front就指向队列的第一个元素，也就是说arr[front]就是队列的第一个元素。front的初始值=0
2.rear变量的含义做一个调整；rear指向队列最后一个元素的后一个位置，因为希望空出一个空间作为约定。
3.当队列满时：条件是（rear + 1 ）%maxSize = front（循环使用队列）
4.队列空的条件，rear= front
5.若按此条件分析，队列中有效数据的个数为（rear + maxize - front）% maxSize
6.根据此思路，可以在原有的队列实现代码的基础上，将其改为复用的队列。

4.代码演示

package pack1;

import java.util.Scanner;

public class CircleArrarQueue {
	public static void main (String[] args) {
		
		//测试数组模拟环形队列的案例
		System.out.println("测试数组模拟环形队列的案例");
		
		
		//创建一个环形队列
		CircleArrar aq= new CircleArrar(4);
				char key = ' ';//接收用户输入
				Scanner scanner = new Scanner(System.in);
				boolean loop = true;
				//输出一个菜单
				while(loop) {
					System.out.println("s(show):显示队列");
					System.out.println("e(exie):退出程序");
					System.out.println("a(add):添加数据到队列");
					System.out.println("g(get):从队列取出程序");
					System.out.println("h(head):查看队列头部数据");
					
					key = scanner.next().charAt(0);//接收一个字符
					switch(key){
					case 's':
						aq.showQueue();
						break;
					case 'a':
						System.out.println("请输入一个数字：");
						int value = scanner.nextInt();
						aq.addQueue(value);
						break;
					case 'g'://取出数据
						try {
							int res =aq.getQueue();
							System.out.printf("取出的数据为：%d\n",res);
						} catch (Exception e) {
							// TODO: handle exception
							System.out.printf(e.getMessage());
						}
						break;
					case 'h':
						try {
							int res = aq.headQueue();
							System.out.printf("队列头的数据为：%d\n",res);
						} catch (Exception e) {
							// TODO: handle exception
							System.out.printf(e.getMessage());
						}
						break;
					case 'e':
						scanner.close();
						loop=false;
						break;
						default:
							break;
					}
					
				}
				System.out.println("程序退出");
		
	}

}

class CircleArrar{
	private int maxSize;//表示数组的最大容量
	//front就指向队列的第一个元素，也就是说arr[front]就是队列的第一个元素。front的初始值=0
	private int front;
	//rear变量的含义做一个调整；rear指向队列最后一个元素的后一个位置，因为希望空出一个空间作为约定。
	private int rear;
	private int[] arr;//该数组用于存放数据，模拟队列
	
	public CircleArrar(int arrMaxSize) {
		maxSize= arrMaxSize;
		arr = new int [maxSize];
		
	}
	
	//判断队列是否满
		public boolean isFull() {
			return (rear + 1 )%maxSize == front;
		}
		
		//判断队列是否为空
		public boolean isEmpty() {
			return rear == front;
		}
		
		//添加数据到队列
		public void addQueue(int n ) {
			//判断队列是否满
			if(isFull()) {
				System.out.println("队列满，不能加入数据");
				return ;
			}
			//直接将数据加入
			arr[rear] =n;
			//rear后移，这里为了防止数组越界，使用取模方式加一
			rear = (rear +1 )% maxSize;
		}
		
		//出队列,取出数据
		public int getQueue() {
			//判断队列是否为空
			if(isEmpty()) {
				//抛出异常
				throw new RuntimeException("队列空，不能取数据！");
			}
			//这里需要分析出front是指向队列的第一个元素
			//1.先把front对应的值保留在一个临时变量
			//2.将front后移
			//3.将临时保存的变量返回
			int value = arr[front];
			front =( front+1) % maxSize;
			return value;
		}
		
		//显示队列数据
		
		public void showQueue() {
			//遍历
			if(isEmpty()) {
				System.out.println("队列空，没有数据```");
				return ;
			}
			//思路：从front开始遍历，遍历存入队列的所有元素
			for(int i = front;i<front+size();i++) {
				System.out.printf("arr[%d]=%d\n",i % maxSize,arr[i % maxSize]);
				System.out.println();
			}
		}
		
		//求出队列有效数据的个数
		public int size() {
			return (rear + maxSize-front) % maxSize;
		}
		
		//显示队列的头部数据是多少，注意不是取出数据
		public int headQueue() {
			//判断是否为空
			if(isEmpty()) {
				throw new RuntimeException("队列空，没有数据！");
			}
			return arr[front];
			
			
		}
}