【数据结构】_队列

目录

 1.概念

2.队列的使用

3.队列模拟实现

4.循环队列

5.双端队列

6.栈与队列的互相实现

6.1 用队列实现栈

6.2 用栈实现队列


 1.概念

(1)队列是只允许在一端进行插入数据操作,在另一端进行删除数据操作的特殊线性表;

(2)队列具有先进先出,后进后出的特点;

(3)入队列:进行插入操作的一端称为队尾;

         出队列:进行删除操作的一端称为队头;

2.队列的使用

在java中,Queue是个接口,底层是通过链表实现的,其常用方法如下:

方法功能
boolean offer(E e)入队列
E poll()出队列
peek()获取队头元素
int size()获取队列中有效元素的个数
boolean isEmpty()检测队列是否为空

3.队列模拟实现

(1)包类关系:

(2)TestMyQueue:

package TestMyQueue;import TestMyStack.EmptyException;public class MyQueue {// 使用单链表实现队列static class Node{public int val;public Node next;public Node(int val){this.val = val;}}public Node head;public Node last;public int usedSize;public void offer(int val){Node newNode = new Node(val);if(head == null){head = newNode;last = newNode;}else{last.next = newNode;last = newNode;usedSize++;}}public int poll(){if(isEmpty()){throw new EmptyException();}int ret = head.val;head = head.next;return ret;}public boolean isEmpty(){return usedSize == 0;}public int peek(){if(isEmpty()){throw new EmptyException();}int ret = head.val;return ret;}public int getUseSize(){return usedSize;}
}

 (3)EmptyException:

package TestMyQueue;public class EmptyException extends RuntimeException{public EmptyException(){}
}

4.循环队列

题目链接:622. 设计循环队列 - 力扣(LeetCode)

 代码:

class MyCircularQueue {private int[] elem;private int front;   // 表示队列的头private int rear;    // 表示队列的尾public MyCircularQueue(int k) {this.elem = new int[k+1];}public boolean enQueue(int value) {// 入队列判满if(isFull()){return false;}elem[rear] = value;rear = (rear+1)% elem.length;return true;}public boolean deQueue() {// 判空if(isEmpty()){return false;}front = (front+1)% elem.length;return true;}public int Front() {if(isEmpty()){return -1;}return elem[front];}public int Rear() {if(isEmpty()){return -1;}int index = (rear==0)?elem.length-1:rear-1;return elem[index];}public boolean isEmpty() {return front == rear;}public boolean isFull() {// 写法1:
//        if( (rear+1) % elem.length == front){
//            return true;
//        }
//        return false;// 写法2:return (rear+1)% elem.length == front;}
}

5.双端队列

双端队列是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列;

Deque是一个接口,使用时必须创建其实现类类的对象:

常用的实现类为ArrayDeque(由数组实现的双端队列)和LinkedList(由双向链表实现的双端队列),故而实例化Deque的方式有以下两种: 

        // 链式双端队列Deque<Integer> deque = new LinkedList<>();// 数组双端队列Deque<Integer> deque2 = new ArrayDeque<>();

注:也可以使用Deque实现顺序栈:

实际上,以下写法:

Stack<Integer> stack = new Stack<>(); 

即:直接使用Stack类实例化栈对象是很少用的,可以使用ArrayDeque创建顺序栈对象:

Deque<Integer> stack2 = new ArrayDeque<>();

6.栈与队列的互相实现

6.1 用队列实现栈

题目链接:225. 用队列实现栈 - 力扣(LeetCode)

解题思路:使用两个队列实现栈,元素入栈至不为空的队列,元素出栈在不为空的队列出栈size-1个元素,最后余下的元素就是要出栈的元素;如果两个队列均为空,则入第一个队列;

代码:

public class MyStack {private Queue<Integer> queue1;private Queue<Integer> queue2;public MyStack() {queue1 = new LinkedList<>();queue2 = new LinkedList<>();}public void push(int x) {if(!queue1.isEmpty()){queue1.offer(x);}else if(!queue2.isEmpty()){queue2.offer(x);}else{queue1.offer(x);}}public int pop() {if(empty()){// 当前栈为空return -1;}if(!queue1.isEmpty()){int size = queue1.size();for(int i=0;i<size-1;i++){//for(int i=0;i<queue1.size()-1;i++){  //写法错误,poll会导致size变化int ret = queue1.poll();queue2.offer(ret);}return queue1.poll();}else{int size = queue2.size();for(int i=0;i<size-1;i++){int ret = queue2.poll();queue1.offer(ret);}return queue2.poll();}}public int top() {if(empty()){return -1;}if(!queue1.isEmpty()){int size = queue1.size();int ret = -1;for(int i=0;i<size;i++){ret = queue1.poll();queue2.offer(ret);}return ret;}else{int size = queue2.size();int ret = -1;for(int i=0;i<size;i++){ret = queue2.poll();queue1.offer(ret);}return ret;}}public boolean empty() {return queue1.isEmpty() && queue2.isEmpty();}
}

6.2 用栈实现队列

题目链接:232. 用栈实现队列 - 力扣(LeetCode)

解题思路:使用两个栈实现队列,stack1用于入栈元素,当需要出栈元素时,若stack2不为空,直接出栈stack2栈顶元素,如果stack2为空,就将stack1的所有元素入栈到stack2中,再出栈stack2顶元素即可;

代码:

class MyQueue {private Stack<Integer> stack1;private Stack<Integer> stack2;public MyQueue() {stack1 = new Stack<>();stack2 = new Stack<>();}public void push(int x) {stack1.push(x);}public int pop() {if(empty()){return -1;}if(stack2.empty()){while(!stack1.empty()){stack2.push(stack1.pop());}}return stack2.pop();}public int peek() {if(empty()){return -1;}if(stack2.empty()){while(!stack1.empty()){stack2.push(stack1.pop());}}return stack2.peek();}public boolean empty() {return stack1.empty() && stack2.empty();}
}

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