20172313 2018-2019-1 《程序設計與數據結構》第三週學習總結

時間 2019-11-08

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20172313 2018-2019-1 《程序設計與數據結構》第三週學習總結

教材學習內容總結

概述
- 隊列是一種線性集合，其元素從一端加入，從另外一端刪除；隊列的元素是按FIFO方式處理的。第一個進入的元素，也就是第一個退出的元素。
- 隊列有隊頭（front）和隊尾（rear），數據從隊尾進入隊列，從隊頭出隊列，隊頭（front）指向隊列的第一個數據，隊尾（rear）指向隊列中的最後一個數據。
JavaAPI中的隊列
- Java集合API提供了java.util.Stack類，它實現了棧集合。但它並無提供隊列類，而是提供了一個Queue接口，由多個類（包括LikedList類）來實現的。
- java.util.Stack類提供了傳統的push、pop和peek等操做。而Queue接口並無實現傳統的enqueue、dequeue和first操做。Queue接口定義了另外兩種方法，往隊列中添加元素或從隊列中刪除元素。着西方大在異常類處理上有很大的不一樣。一個是提供了一個布爾返回值，另外一個是拋出一個異常。
用鏈表實現隊列
- 實現隊列時，咱們要操做鏈表的兩端。除了一個指向鏈表首元素的引用（front）以外，還須要跟蹤另外一個指向鏈表末元素的引用（rear)。還要用一個整型變量count來跟蹤隊列中的元素數目。
- 當建立隊列時隊列中沒有數據，front和rear的值都爲null。當插入第一個數據時，將front和rear都指向第一個結點對象。
- 後續在插入數據時就利用rear進行數據的插入。
用數組實現隊列
- 因爲隊列操做會修改集合的兩端，所以將一端固定於索引於0處要求移動元素。
- 非環形數組實現的元素移位，將產生O（n）的複雜度。
- 固定數組實現策略在棧的實現中很高效，但在隊列的實現中則不是這樣。這個示例說明，用於實現集合的數據結構與集合自己的匹配是很是重要的。固定數組實現策略對棧是高效的，是由於全部的活動（添加和刪除元素）都是在集合的一端進行的，於是也是在數組的一端進行的。而對於隊列，咱們是在其兩端進行操做的，而順序也不是可有可無的了，所以，用固定數組來實現棧的效率不高。
- 把數組看做是環形的，能夠除去在隊列的數組實現中把元素移位的須要。實現環形數組有如下兩種方法。
  - 添加一個屬性size用來記錄眼下的元素個數。
    目的是當head=rear的時候。經過size=0仍是size=數組長度。來區分隊列爲空，或者隊列已滿。
  - 數組中僅僅存儲數組大小-1個元素，保證rear轉一圈以後不會和head相等。也就是隊列滿的時候。rear+1=head，中間恰好空一個元素。當rear=head的時候。必定是隊列空了。

隊列的示意圖

實現隊列時，要注意的是假溢出現象。如上圖的最後一幅圖。如圖所看到的的假溢出現象

解決的方法：使用鏈式存儲，這顯然可以。在順序存儲時。咱們常見的解決的方法是把它首尾相接，構成循環隊列。這可以充分利用隊列的存儲空間。
循環隊列示意圖：

在上圖中。front指向隊列中第一個元素。rear指向隊列隊尾的下一個位置。
但依舊存在一個問題：當front和rear指向同一個位置時，這表明的是隊空仍是隊滿呢？你們可以想象下這樣的情景。
解決這種問題的常見作法是：
1.使用一標記，用以區分這樣的易混淆的情形。
2.犧牲一個元素空間。當front和rear相等時，爲空。當rear的下一個位置是front時。爲滿。
例如如下圖：

html

雙端隊列
- 詳見下面教材問題解決。

教材學習中的問題和解決過程

問題1：在學習教材上的內容時，例題5.3使中使用隊列進行儲存代碼密鑰。在總結中，有這樣一句話：隊列是一種可存儲重複編碼密鑰的便利集合。我對於這句話不是很理解。
問題一解決：隊列的元素是按FIFO方式處理的。第一個進入的元素，也就是第一個退出的元素。只要在用到每一個密鑰值以後將其放回到隊列中便可。隊列的性質使得密鑰值能保持正確的次序；不用擔憂什麼時候抵達密鑰末尾，該如何從頭開始。
問題2：課後自測題：隊列的五種基本操做是什麼？
問題二解決：queue--往隊列末端添加一個元素 dequeue--從隊列前端刪除一個元素 first--返回一個指向隊列前端元素的引用 isEmpty--當隊列爲空時返回true，不然返回false size--返回隊列中元素的數目
問題3：教材在這章的末尾提到了雙端隊列，對於雙端隊列的實現存在一些疑問，不清楚實現隊列時指針的應用。
問題三解決：雙端隊列(deque double ended queue（雙端隊列）)是一種相對於隊列的一種數據結構。它能夠在尾部和頭部插入、移除和獲取。和 Queue相似，每一個操做都有兩種方法，一種在異常狀況下直接拋出異常奔潰，另外一種則不會拋異常，而是返回特殊的值，好比 false, null …

雙端鏈表不一樣於單向鏈表僅有一個指針域指向下一個節點，而是同時持有下一個和上一個指針域，分別指向下一個和上一個節點

代碼調試中的問題和解決過程

問題1：在作習題pp5_1的時候，向隊列中添加了兩個不一樣的int型數值，可是輸出的時候兩個都是第一次輸入的數值。
前端
問題1解決方案：輸出的兩個數值相等，個人第一反應是添加的方法有問題，再添加節點的時候只能爲節點保存相同的數值，再仔細檢查了添加的代碼後，發現是沒有問題的。

public void enqueue(T element) {
        LinearNode<T> node = new LinearNode<T>(element);

        if(isEmpty())
            head = node;
        else
            tail.setNext(node);
        tail = node;
        count ++;

    }