數據結構（三）隊列

時間 2021-01-12 標籤隊列數據結構隊列的方法

1.隊列的概念
只允許在一端插入數據操作，在另一端進行刪除數據操作的特殊線性表；進行插入操作的一端稱爲隊尾（入隊列），進行刪除操作的一端稱爲隊頭（出隊列）；隊列具有先進先出（FIFO）的特性。

順序存儲就是用數組實現，比如有一個ｎ個元素的隊列，數組下標0的一端是隊頭，入隊操作就是通過數組下標一個個順序追加，不需要移動元素，但是如果刪除隊頭元素，後面的元素就要往前移動，對應的時間複雜度就是O(n)，性能自然不高。

2.隊列的API

jdk1.5中的阻塞隊列的操作如下：

add 增加一個元索如果隊列已滿，則拋出一個IIIegaISlabEepeplian異常
remove 移除並返回隊列頭部的元素如果隊列爲空，則拋出一個NoSuchElementException異常
element 返回隊列頭部的元素如果隊列爲空，則拋出一個NoSuchElementException異常
offer 添加一個元素並返回true 如果隊列已滿，則返回false
poll 移除並返問隊列頭部的元素如果隊列爲空，則返回null
peek 返回隊列頭部的元素如果隊列爲空，則返回null
put 添加一個元素如果隊列滿，則阻塞
take 移除並返回隊列頭部的元素如果隊列爲空，則阻塞

3.隊列的邏輯

3.1 正常的一個順序隊列：

隊列的特性：先進先出，進入隊列從左邊進入，從右邊出隊列，所以A先進也是A先出

3.2 循環隊列

循環公式 tail=(tail+1)%array.Length;

什麼是循環隊列呢？就是有兩個指針，front指向隊頭，rear指向對尾元素的下一個位置，元素出隊時front往後移動，如果到了對尾則轉到頭部，同理入隊時rear後移，如果到了對尾則轉到頭部，這樣通過下標front出隊時，就不需要移動元素了。

隊列爲空時，front和rear相等，那隊列什麼時候判斷爲滿呢？按照循環操作rear依次後移，然後再從頭開始，也是出現rear和front相等時，隊列滿。這樣跟隊列空的情況就相同了，爲了區分這種情況，規定數組還有一個空閒單元時，就表示隊列已滿，因爲rear 可能在front後面，也可能循環到front前面，所以隊列滿的條件就變成了(rear+1)%maxsize = front ,同時隊列元素個數的計算就是(rear -front+maxsize)%maxsize。

隊列的鏈式表示和實現（簡稱爲「鏈隊列」）

隊列的鏈式存儲是在鏈表的基礎上，按照「先進先出」的原則操作數據元素。

例如，將隊列（A，B，C，D，E）依次入隊，然後再依次出隊。

代碼實現：（C語言）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct QNode
{
    int data;
    struct QNode *next;
}QNode;

QNode *initQueue()
{
    QNode *queue = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
    queue->next = NULL;
    return queue;
}

QNode *enQueue(QNode *rear, int data)
{
    QNode *enElem = (QNode*)malloc(sizeof(QNode));
    enElem->data = data;
    enElem->next = NULL;
    //使用尾插法向鏈隊列中添加數據元素
    rear->next = enElem;
    rear = enElem;
    return rear;
}

void DeQueue(QNode *front, QNode *rear)
{
    if (front->next == NULL) 
　　 {
        printf("隊列爲空");
        return ;
    }
    QNode *p = front->next;
    printf("%s", p->data);
    front->next = p->next;
    if (rear == p) 
　　 {
        rear = front;
    }
    free(p);
}

int main() 
{
    QNode *queue, *front, *rear;
    queue = front = rear = initQueue();　　//創建頭結點
    //向鏈隊列中添加結點，使用尾插法添加的同時，隊尾指針需要指向鏈表的最後一個元素
    rear = enQueue(rear, A);
    rear = enQueue(rear, B);
    rear = enQueue(rear, C);
    rear = enQueue(rear, D);
    rear = enQueue(rear, E);
    //入隊完成，所有數據元素開始出隊列
    DeQueue(front, rear);
    DeQueue(front, rear);
    DeQueue(front, rear);
    DeQueue(front, rear);
    DeQueue(front, rear);
    DeQueue(front, rear);
    
　　return 0;
}

運行結果：

ABCDE隊列爲空

數據結構（三） 隊列

2.隊列的API

隊列的鏈式表示和實現（簡稱爲「鏈隊列」）

數據結構（三）隊列