20172314 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，因此隊列元素是先進先出。

• enqueue：向隊列末端添加一個元素

  dequeue：從隊列前端刪除一個元素

  first：考察隊列前端的那個元素

  isempty：斷定隊列是否爲空

  size：斷定隊列中的元素數目

  tostring：返回隊列的字符串表示

Java API中的隊列

• Queue接口

  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，在異常類處理上，一個提供了布爾返回值，另外一個拋出一個異常。

• Queue接口定義一個element方法，該方法等價於first、front或peek。該方法檢索隊列首部的元素，但不刪除它。

• Queue接口提供了兩個方法add和offer，add操做能夠確保隊列含有給定的元素，若是給定的元素沒有添加到隊列將給出一個異常；offer操做把給定元素插入到隊列中，插入成功返回true，不然返回false。

使用隊列：代碼密鑰

• 凱撒加密法：

  是一種簡單的消息編碼方式：它根據字母表將消息中的每一個字母移動常量的k位。例如，若是k等於3，則在編碼後的消息中，每一個字母都會向前移動3位：a會被替換成d，b會被替換成e，c會被替換成f，依此類推。字母表末尾將環繞到字母表開頭。因而，w會被替換成z，x會被替換成a，y會被替換成b，z會被替換成c。

  解碼消息：每一個字母會反方向移動一樣的位數。所以，若是k等於3，下面這條已編
  碼的消息：
  vipsolflwb iroorzv frpsohalwb
  會被解碼成
  simplicity follows complexity

• 重複密鑰：

  能夠將每一個字母移動常數位，而是利用一個密鑰值列表，將各個字母移動不一樣的位數。若是消息比密鑰值列表更長，能夠從頭再次使用這個密鑰列表。例如，假設密鑰值爲317425，那麼第1個字母會移動3位，第2個字母會移動1位，第3個字母會移動7位，等等。將第6個字母移動5位以後，會從頭再次使用這個密鑰列表。因而第7個字母會移位第8個字母會移動1位，等等。
• 隊列是一種可存儲重複編碼密鑰的便利集合。

• 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。

使用隊列：售票口模擬

隊列ADT

用鏈表實現隊列

• 咱們必需要操做鏈表的兩端，須要一個指向鏈表首元素的引用（head），還須要一個指向鏈表末元素的引用（tail)。這樣方便隊列的鏈表實現。
• 往鏈表前端添加新結點，就把該新結點的next指針設置成指向鏈表的head變量，把head變量設置成指向新結點。若是是往鏈表的末端添加新結點，那就把鏈表末端結點的next指針設置成指向新結點，而後把鏈表的tail設置成指向新結點。
• 對於單向鏈表，能夠選擇從末端入列，從前端出列。這樣操做的複雜度低；在雙向鏈表中，無所謂從哪端入列和出列。

• enqueue操做：將新元素放到鏈表末端。

  public void enqueue(T element) {
      LinearNode<T> node = new LinearNode<T>(element);
  
      if (isEmpty())
          head = node;
      else
          tail.setNext(node);
      tail = node;
      count++;
  }

• dequeue操做：首先要確保至少存在一個可返回元素，而且刪除隊列前端元素。

  public T dequeue() throws EmptyCollectionException {
      if (isEmpty())
          throw new EmptyCollectionException("queue");
  
      T result = head.getElement();
      head = head.getNext();
      count--;
  
      if ((isEmpty()))
          tail = null;
  
      return result;
      }

用數組實現隊列

• 隊列操做會修改集合的兩端，所以將一端固定於索引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。
• 隊列前端固定在索引0處，刪除元素時，dequeue操做複雜度爲O（n）；隊列末端固定在索引0處時，元素入列時，enqueue操做的複雜度爲O（n）。
• 把數組看作環形的，能夠除去在隊列的數組實現中把元素移位的須要。
• 環形數組：是用數組來存儲隊列的方法，數組的最後一個索引後面跟的是第一個索引。
• 使用環形數組，某個元素一旦添加到隊列中，它就存儲在數組的某個位置，直到用dequeue操做把他刪除。

• 
  

• 用線性圖來理解就是：
  

• enqueue操做，其中實現了rear在適當的時候繞回到0.

  public void enqueue(T element) {
      if(size() == queue.length)
          expandCapacity();
  
      queue[rear] = element;
      rear = (rear+1) % queue.length;
  
      count++;
  }

• dequeue操做

  public T dequeue() throws EmptyCollectionException {
      if(isEmpty())
          throw new EmptyCollectionException("queue");
  
      T result = queue[front];
      queue[rear] = null;
      front = (front + 1) % queue.length;
  
      count--;
      return result;
  
  }

• 雙端隊列：是隊列的擴展，它容許從隊列的兩端添加、刪除和查看元素。

教材學習中的問題和解決過程

• 問題一：爲何單向鏈表末端入列前端出列更好？

• 問題一解決：

  （1）在鏈表末端進行enqueue操做，而在鏈表前端進行dequeue操做，在進行dequeue操做時，只須要設置一個臨時變量指向鏈表前端的元素，而後把front變量設置爲第一個節點的next 指針的值。
  （2）在鏈表的前端進行enqueue操做，末端進行dequeue操做，那麼爲了從末端出列，必須把一個臨時變量設置爲指向鏈表末端的元素，而後把tail指針設置爲指向當前末端以前的結點。在單項鍊表中必須遍歷才能找到該結點，這樣複雜度爲O（n）
  （3）相比較來講，末端入列前端出列更合適。

• 問題二：環形數組爲何不須要移位

• 問題二解決：參考數組實現的 環形隊列

  每次出隊操做，頭指針後移，每次入隊，尾指針也後移。由於數組是固定長度連續空間，首位指針後移，隊尾可插入區域會愈來愈小。固然，能夠每次出隊，整個隊列前移，可是數組移動須要犧牲性能。環形隊列能夠解決數組移動的缺點，當尾指針超出數組末尾時，尾指針移動數組頭部。這就將數組虛擬成了一個環形，只要隊列長度沒達到最大值，就能夠插入，而不用移動數組。

代碼調試中的問題和解決過程

• 問題一：在作課堂測試時，須要給出size、isEmpty和toString等方法的定義，以完成LinkedStack 類的實現。可是在測試toString方法時，老是顯示空指針
  

• 問題一解決：開始的toString方法以下

public String toString(){
        LinnearNode node = new LinnearNode();
        node = top;
        while (node != null) {
            System.out.print(node.getElement()+ " ");
            node = node.getNext();
        }

        return node.getElement().toString();

可是因爲在while循環以後，node是不斷變化的，最後返回的並非鏈表內容，修改成以下代碼，用字符串形式將鏈表返回。

LinnearNode<T> node ;
    String a = "";
    node = top;

        while (node != null) {
            a += node.getElement().toString()+ " ";
            node = node.getNext();
        }
        return a;

代碼託管

• PP5-1
  

• PP5-2
  

• PP5-7
  

上週考試錯題總結

• 上週無測試

結對及互評

點評模板：

• 博客中值得學習的或問題：
  • 20172305譚鑫的疑難問題解決的很好，內容全面，排版精美。
  • 20172323王禹涵的博客中課本內容總結有具體代碼，但遇到的問題及解決過程的記錄能夠更加豐富一點。
• 基於評分標準，我給譚鑫的博客打分：6分。得分狀況以下：
  • 問題加分3分
  • 感悟不假大空加1分
  • 排版精美的加1分
    -正確使用Markdown語法加1分
    -模板中的要素齊全加1分
• 基於評分標準，我給王禹涵的博客打分：6分。得分狀況以下：
  • 排版精美的加1分
  • 問題加分2分
  • 感悟不假大空加1分
    -正確使用Markdown語法加1分
    -模板中的要素齊全加1分

其餘

感受最近學習的這幾章內容是一個套路的，因此有點點混亂。在Java上下的功夫有所減小，要及時溫習，熟悉課本。

學習進度條

	代碼行數（新增/累積）	博客量（新增/累積）	學習時間（新增/累積）
目標	5000行	30篇	400小時
第一週	0/0	1/1	8/8
第二週	1163/1163	1/2	15/23
第三週	774/1937	1/3	12/50

補充做業

補充做業：在你一輩子中身體最健康、最旺盛的時候，能在大學學習和研究，是一輩子中少有的機會。請說明一下，你以及具有的專業知識、技能、能力上還差距哪些？請看這個技能調查表，從表中抽取5-7項你認爲對你特別重要的技能，記下你目前的水平，和你想在課程結束後達到的水平（必須列出5項）連接

技能	課前	課後
Programming Overall / 對編程總體的理解	3	8
Programming: Comprehension（程序理解）（如何理解已有的程序，經過閱讀，分析，debug）	4	9
Personal Software Process （我的軟件過程）：估計，記錄工做量，並逐步提升	6	9
Programming：Implementation（模塊實現，逐步細化）	2	9
Programming：Design （架構設計，模塊化設計，接口設計）	1	8

參考：

• 數組實現的 環形隊列