3-5 数组队列
简单记录 - bobo老师的玩转算法系列–玩转数据结构 - 栈和队列
队列Queue
- 队列也是一种线性结构
- 相比数组，队列对应的操作是数组的子集
- 只能从一端（队尾）添加元素，只能从另一端（队首）取出元素 先进先出
队尾 队首
-
队列是一种先进先出的数据结构（先到先得）
-
First In First Out（FIFO）
队列
Queue<E>
- void enqueue(E)
- E dequeue()
- E getFront()
- int getSize()
- boolean isEmpty()
enqueue(E)入队 dequeue()出队
getFront()得到队首元素 getSize()得到总共元素的个数
isEmpty()队列是否为空
从用户的角度看，支持这些操作就好
具体底层实现，用户不关心
实际底层有多种实现方式
我们开发者要深入理解、实现
那就去实现队列吧
ArrayQueue<E> implement Interface Queue<E>
- void enqueue(E)
- E dequeue()
- E getFront()
- int getSize()
- boolean isEmpty()
ArrayQueue实现了Queue接口
实践 ： 数组队列的实现
动态数组 Array
public class Array<E> {
private E[] data;
private int size;
// 构造函数，传入数组的容量capacity构造Array
public Array(int capacity){
data = (E[])new Object[capacity];
size = 0;
}
// 无参数的构造函数，默认数组的容量capacity=10
public Array(){
this(10);
}
// 获取数组的容量
public int getCapacity(){
return data.length;
}
// 获取数组中的元素个数
public int getSize(){
return size;
}
// 返回数组是否为空
public boolean isEmpty(){
return size == 0;
}
// 在index索引的位置插入一个新元素e
public void add(int index, E e){
if(index < 0 || index > size)
throw new IllegalArgumentException("Add failed. Require index >= 0 and index <= size.");
if(size == data.length)
resize(2 * data.length);
for(int i = size - 1; i >= index ; i --)
data[i + 1] = data[i];
data[index] = e;
size ++;
}
// 向所有元素后添加一个新元素
public void addLast(E e){
add(size, e);
}
// 在所有元素前添加一个新元素
public void addFirst(E e){
add(0, e);
}
// 获取index索引位置的元素
public E get(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Get failed. Index is illegal.");
return data[index];
}
public E getLast(){
return get(size - 1);
}
public E getFirst(){
return get(0);
}
// 修改index索引位置的元素为e
public void set(int index, E e){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Set failed. Index is illegal.");
data[index] = e;
}
// 查找数组中是否有元素e
public boolean contains(E e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i].equals(e))
return true;
}
return false;
}
// 查找数组中元素e所在的索引，如果不存在元素e，则返回-1
public int find(E e){
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
if(data[i].equals(e))
return i;
}
return -1;
}
// 从数组中删除index位置的元素, 返回删除的元素
public E remove(int index){
if(index < 0 || index >= size)
throw new IllegalArgumentException("Remove failed. Index is illegal.");
E ret = data[index];
for(int i = index + 1 ; i < size ; i ++)
data[i - 1] = data[i];
size --;
data[size] = null; // loitering objects != memory leak
if(size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0)
resize(data.length / 2);
return ret;
}
// 从数组中删除第一个元素, 返回删除的元素
public E removeFirst(){
return remove(0);
}
// 从数组中删除最后一个元素, 返回删除的元素
public E removeLast(){
return remove(size - 1);
}
// 从数组中删除元素e
public void removeElement(E e){
int index = find(e);
if(index != -1)
remove(index);
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append(String.format("Array: size = %d , capacity = %d\n", size, data.length));
res.append('[');
for(int i = 0 ; i < size ; i ++){
res.append(data[i]);
if(i != size - 1)
res.append(", ");
}
res.append(']');
return res.toString();
}
// 将数组空间的容量变成newCapacity大小
private void resize(int newCapacity){
E[] newData = (E[])new Object[newCapacity];
for(int i = 0 ; i < size ; i ++)
newData[i] = data[i];
data = newData;
}
}
队列接口 Queue interface
public interface Queue<E> {
int getSize();
boolean isEmpty();
void enqueue(E e);
E dequeue();
E getFront();
}
数组队列的实现 ArrayQueue
public class ArrayQueue<E> implements Queue<E> {
private Array<E> array;
public ArrayQueue(int capacity){
array = new Array<>(capacity);
}
public ArrayQueue(){
array = new Array<>();
}
@Override
public int getSize(){
return array.getSize();
}
@Override
public boolean isEmpty(){
return array.isEmpty();
}
public int getCapacity(){
return array.getCapacity();
}
@Override
public void enqueue(E e){
array.addLast(e);
}
@Override
public E dequeue(){
return array.removeFirst();
}
@Override
public E getFront(){
return array.getFirst();
}
@Override
public String toString(){
StringBuilder res = new StringBuilder();
res.append("Queue: ");
res.append("front [");
for(int i = 0 ; i < array.getSize() ; i ++){
res.append(array.get(i));
if(i != array.getSize() - 1)
res.append(", ");
}
res.append("] tail");
return res.toString();
}
}
测试
Main
/**
* @author Liu Awen Email:[email protected]
* @create 2020-02-16 0:02
*/
public class Main {
public static void main(String[] args) {
ArrayQueue<Integer> queue = new ArrayQueue<>();
for(int i = 0 ; i < 5 ; i ++){
queue.enqueue(i);
System.out.println(queue);
}
System.out.println("-----------");
System.out.println("isEmpty：" + queue.isEmpty());
System.out.println("Size：" + queue.getSize());
System.out.println(queue);
System.out.println("队首元素：" + queue.getFront());
System.out.println(queue);
System.out.println("----------");
for(int i = 0 ; i < 5 ; i ++){
System.out.println(queue);
queue.dequeue();
}
System.out.println(queue);
}
}
Result
D:\Environments\jdk-11.0.2\bin\java.exe -javaagent:D:\Java\ideaIU-2019.2.win\lib\idea_rt.jar=1352:D:\Java\ideaIU-2019.2.win\bin -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath D:\IdeaProjects\imooc\Play-with-Data-Structures\03-Stacks-and-Queues\05-Array-Queue\target\classes Main
Queue: front [0] tail
Queue: front [0, 1] tail
Queue: front [0, 1, 2] tail
Queue: front [0, 1, 2, 3] tail
Queue: front [0, 1, 2, 3, 4] tail
-----------
isEmpty：false
Size：5
Queue: front [0, 1, 2, 3, 4] tail
队首元素：0
Queue: front [0, 1, 2, 3, 4] tail
----------
Queue: front [0, 1, 2, 3, 4] tail
Queue: front [1, 2, 3, 4] tail
Queue: front [2, 3, 4] tail
Queue: front [3, 4] tail
Queue: front [4] tail
Queue: front [] tail
Process finished with exit code 0
队列先进先出
数组队列的复杂度分析
ArrayQueue<E>
- void enqueue(E) O(1) 均摊
- E dequeue() O(n)
- E getFront() O(1)
- int getSize() O(1)
- boolean isEmpty() O(1)
