【LeetCode刷题之路】622.设计循环队列

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文章目录

  • 🚀LeetCode622.设计循环队列
    • 一、🌟题目描述🌟
    • 二、🎨分析🎨
      • 链表实现分析
    • 三、💥题解💥
      • 定义队列结构
      • Create(创建队列)
      • 判断是否为空
      • 判断是不是满了
      • 获取队头元素
      • 获取队尾元素
      • push接口
      • pop接口
      • 销毁
      • ✏️总代码✏️
  • 💥💥最后贴一个题 💥💥

🚀LeetCode622.设计循环队列

链接:LeetCode622.设计循环队列

一、🌟题目描述🌟

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二、🎨分析🎨

  • 题目理解:
    这是让我们实现的是一个 大小固定的循环队列
    正常的大小固定的队列如果满了就不能插入了
    而这里所说的循环队列 是队尾和队头连在一起的
    所以我们首先想到的就是 利用链表实现循环队列

链表实现分析

如下图:
刚开始head和tail都指向一个头!
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这种结构下

  • 插入数据只需要把数据放到tail节点,然后tail向后走
    如图:push 1 2 3
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  • pop数据 只需要让head走向下一个,数据清除或者不清楚无所谓,反正可以被替换,
    如图:pop pop
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    注意节点不需要释放!
    而如果继续插入数据:push 4 5 6 7
    在这里插入图片描述
    可以看到此时已经满了!
    但是,大家看一下我们设计的这个有没有什么缺陷呢?
    !对! 我们可以看到!队列什么时候满呢?
    head==tail的时候满
    那么什么时候为空呢?
    head==tail的时候为空!
    所以! 这里判断空和满是有问题的!

那么解决方法是什么呢?

  1. 给一个size记录队列的大小,循环队列的节点数为k,每一次push的时候size++,pop时size–当head==tail 时,如果size为k说明已经满了,如果size为0 则说明为空
  2. 给一个flag 刚开始flag为0表示队列为空,如果head==tail了 flag置为1,表示已经满了,当再pop的时候,就把flag改成0表示未满
  3. 比较官方的做法:
    我们直接开辟k+1个链表节点,其中有一个节点不存储有效数据
    判满的条件就是 tail的下一个为head

如图:push 4 5 6 7
只能插入4 5 6 到7的时候 tail->next==head 所以已经满了,无法插入!
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通常来说 结构就是这样的:
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但是这时候这个队列还有别的问题吗?
我们要实现 push pop 判空 判满 获取队头数据 获取队尾数据 等等…
我们可以发现,如果想要获取队尾数据 是比较麻烦的!!
因为我们的tail是下一个要push的位置而不是真正的队尾
所以 我们如果想要解决,必须找到tail的前一个

  • 方法1: 双向链表
  • 方法2:记录尾的同时还要记录尾的前一个

显然 都是麻烦事! 所以利用链表是不方便实现的

所以我们选择用数组实现

三、💥题解💥

我们利用数组实现
先简单分析一下:
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对于一个数组,我们要实现循环队列,那么
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因为队列是循环的,所以什么时候队列是满的呢?
这就和我们链表部分分析的一样了,有三种方法!

  1. flag标识
  2. size记录队列大小
  3. 多开辟一个空间 ✅

我们采取对数组多开辟一个空间的方法:开辟(k+1)个空间


下面是具体接口实现:
✨代码中都有详细注释哦!!✨

定义队列结构

typedef struct {int* a;//动态开辟数组int head;//队头int tail;//队尾int k;//队的大小,因为后面传参的时候不会再传 k 所以我们定义在结构体里面
} MyCircularQueue;

Create(创建队列)

我们以k=5为例

	首先创建一个队列结构然后开辟出队列中大小为`k+1`的数组然后把结构中的head和tail初始化为0

如图:
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判断是否为空

前面我们对链表实现的分析的时候
我们已经分析过了
当`head`==`tail`的时候,为空
只是这里的`head`和`tail`变成了下标而不是节点
bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {//判断是不是为空 只需要判断tail是不是等于headreturn obj->head==obj->tail;}

判断是不是满了

这里是稍微有点麻烦的

首先我们要知道,判断满的条件是tail的下一个等于head
但是这是数组 !not 链表
如果是环形链表,他会自动实现很自然的循环
但是链表不一样
链表会走到一个边界,所以我们需要考虑tail的下一个是谁?
我们定义一个next来标识下一个
一般的tail的下一个就是tail+1 ,如下图
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但是存在特殊情况:如果tail已经是最后一个位置了,那么这时候其实他的下一个就是返回开头0
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找到下一个?
1.  定义一个next=tail+1如果tail==k+1那么next就为02.  利用取模我们知道一共有k+1个空间所以下标的返回时 0~ k这时候 next=(tail+1)%(k+1)不管next是不是超过了数组的返回,结果都是正确的

代码:

bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {//判断是不是满了//一般是判断tail的下一个是不是 head//需要考虑tail的下一个是什么?int next=obj->tail+1;if(next==obj->k+1){next=0;}//next=(obj->tail+1)%(k+1);if(next==obj->head)return true;elsereturn false;
}

获取队头元素

队头其实就是`head`
所以只需要访问数组中的`head`位置处的元素就可以了

但是需要注意:如果队列为空,返回-1

int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {//如果队列为空 返回-1if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return -1;}//队头就是 headreturn obj->a[obj->head];
}

获取队尾元素

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我们可以看到tail表示的是下一个Push的位置
而如果我们想获得队尾元素
应该是获得tail的前一个元素

所以我们定义一个prev来找到tail的前一个元素

但是也会有特殊情况

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如果是这种情况,也就是 tail已经折回去了
tail为0 prev应该为5
怎么找到prev呢?
注意 如果我们让tail+k+1 ,tail就变成了6
这时候tail-1是不是就等于prev了?
tail为0实际上就说明了tail已经走到数组最后一个位置的后一个了


细细剖析理解一下这里:
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而我们再看正确的情况是不是满足呢?
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显然 满足的!

这样 我们就有两种情况控制边界情况
1. if判断
2. 利用取模
具体看个人喜欢用那种,小编这里就用第一种啦(比较直观)
int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {//首先判断是否为空if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return -1;}//如果不为空//找到tail的前一个int prev=obj->tail-1;if(obj->tail==0)prev=obj->k;return obj->a[prev];
}

push接口

我们开始以k=5为例,即开辟了一个大小为6的数组

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正常情况下,我们push只需要把tail位置放入元素,然后tail++就可以了
(向后走一步)
如图 我们把一个空的队列 push 1 2 3 4
操作过程:在这里插入图片描述

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但是会存在特殊情况
如图:在这里插入图片描述

这时候怎么push呢?tail已经走到末尾了!

  1. 直接控制:正常走的话tail+1,tail就变成了6
    所以 如果tail==k+1 那么我们让tail=0就可以了!
  2. 利用取模
    因为数组的总空间就是k+1
    所以如果我们tail等于6了,说明tail应该走到0
    所以让tail%=(k+1),也就是 6%6==0

还有一个问题就是
什么时候push失败呢?

当满的时候会push 失败!

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push代码:

bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {//首先判断是不是满了//如果满了 push失败--返回falseif(myCircularQueueIsFull(obj)){return false;}//如果不满 直接插入就可以了obj->a[obj->tail]=value;//然后tail需要移动!obj->tail++;//如果移动之后tail走到末尾了 tail返回到数组的最开始if(obj->tail==obj->k+1){obj->tail=0;}return true;
}

pop接口

我们来看一个例子
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如果操作为 pop pop
那么 head就需要往前走两步,从而实现删除的效果
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但是如果继续pop
操作: pop pop
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可以看到,此时队列已经空了!
此时继续pop就返回false(失败)

正常情况下pop只需要让head向后走,就可以了
因为前面的数据可以随意被覆盖就相当于被删了

但是也会有特殊情况,即当head走到边界
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此时如果继续pop head++就变成了6
但是head应该返回到数组的头部0
所以 解决方法依旧有两个:

  1. 如果head==k+1
    那么 head变成0
  2. 取模:如果head++之后变成6
    那么head=head%(k+1)

代码:

bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {//如果 队列已经空空了 就返回falseif(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return false;}//如果队列不为空obj->head++;if(obj->head==obj->k+1){obj->head=0;}return true;
}

销毁

销毁就很简单了
只需要把结构销毁就可以了

注意:销毁结构之前,需要把结构中malloc的动态数组释放
否则容易造成内存泄漏!!

void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {//首先释放数组空间free(obj->a);//然后释放队列free(obj);
}

总结:这道题还是比较麻烦的!
很多细节:比如边界 需要我们考虑全面!
下面是总代码供参考!

✏️总代码✏️

//使用数组实现typedef struct {int* a;//动态开辟数组int head;//队头int tail;//队尾int k;//队的大小,因为后面传参的时候不会再传k 所以我们定义在结构体里面
} MyCircularQueue;MyCircularQueue* myCircularQueueCreate(int k) {MyCircularQueue* obj=(MyCircularQueue*)malloc(sizeof(MyCircularQueue));obj->a=(int*)malloc(sizeof(int)*(k+1));obj->k=k;obj->head=obj->tail=0;return obj;
}bool myCircularQueueIsEmpty(MyCircularQueue* obj) {//判断是不是为空 只需要判断tail是不是等于headreturn obj->head==obj->tail;}bool myCircularQueueIsFull(MyCircularQueue* obj) {//判断是不是满了//一般是判断tail的下一个是不是 head//需要考虑tail的下一个是什么?int next=obj->tail+1;if(next==obj->k+1){next=0;}//next=(obj->tail+1)%(k+1);if(next==obj->head)return true;elsereturn false;
}
bool myCircularQueueEnQueue(MyCircularQueue* obj, int value) {//首先判断是不是满了//如果满了 push失败--返回falseif(myCircularQueueIsFull(obj)){return false;}//如果不满 直接插入就可以了obj->a[obj->tail]=value;//然后tail需要移动!obj->tail++;//如果移动之后tail走到末尾了 tail返回到数组的最开始if(obj->tail==obj->k+1){obj->tail=0;}return true;
}bool myCircularQueueDeQueue(MyCircularQueue* obj) {//如果 队列已经空空了 就返回falseif(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return false;}//如果队列不为空obj->head++;if(obj->head==obj->k+1){obj->head=0;}return true;
}int myCircularQueueFront(MyCircularQueue* obj) {//如果队列为空 返回-1if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return -1;}//队头就是 headreturn obj->a[obj->head];
}int myCircularQueueRear(MyCircularQueue* obj) {//首先判断是否为空if(myCircularQueueIsEmpty(obj)){return -1;}//如果不为空//找到tail的前一个int prev=obj->tail-1;if(obj->tail==0)prev=obj->k;return obj->a[prev];
}void myCircularQueueFree(MyCircularQueue* obj) {//首先释放数组空间free(obj->a);//然后释放队列free(obj);
}

💥💥最后贴一个题 💥💥

这个题适合 LeetCode622.循环队列中的边界问题相关的
看一下你学废了吗

5.现有一循环队列,其队头指针为front,队尾指针为rear;循环队列长度为N。
其队内有效长度为?(假设队头不存放数据)
A (rear - front + N) % N + 1
B (rear - front + N) % N
C ear - front) % (N + 1)
D (rear - front + N) % (N - 1)

✨感谢阅读~ ✨
❤️码字不易,给个赞吧~❤️

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