LeetCode 622：設計循環隊列 Design Circular Queue

LeetCode 622：設計循環隊列 Design Circular Queue

首先來看看隊列這種數據結構：

隊列：先入先出的數據結構

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在 FIFO 數據結構中，將首先處理添加到隊列中的第一個元素。

如上圖所示，隊列是典型的 FIFO 數據結構。插入（insert）操做也稱做入隊（enqueue），新元素始終被添加在隊列的末尾。 刪除（delete）操做也被稱爲出隊（dequeue)。 你只能移除第一個元素。

隊列 - 實現

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爲了實現隊列，咱們可使用動態數組和指向隊列頭部的索引。

如上所述，隊列應支持兩種操做：入隊和出隊。入隊會向隊列追加一個新元素，而出隊會刪除第一個元素。 因此咱們須要一個索引來指出起點。

循環隊列

此前，咱們提供了一種簡單但低效的隊列實現。

更有效的方法是使用循環隊列。 具體來講，咱們可使用固定大小的數組和兩個指針來指示起始位置和結束位置。 目的是重用咱們以前提到的被浪費的存儲。

讓咱們經過一個示例來查看循環隊列的工做原理。 你應該注意咱們入隊或出隊元素時使用的策略。

[外鏈圖片轉存失敗(img-ScULOtla-1564547660610)(queue.gif)]

仔細檢查動畫，找出咱們用來檢查隊列是空仍是滿的策略。

以上內容來自力扣中國，內容有改變

題目：設計循環隊列：

設計你的循環隊列實現。 循環隊列是一種線性數據結構，其操做表現基於 FIFO（先進先出）原則而且隊尾被鏈接在隊首以後以造成一個循環。它也被稱爲「環形緩衝器」。

循環隊列的一個好處是咱們能夠利用這個隊列以前用過的空間。在一個普通隊列裏，一旦一個隊列滿了，咱們就不能插入下一個元素，即便在隊列前面仍有空間。可是使用循環隊列，咱們能使用這些空間去存儲新的值。

你的實現應該支持以下操做：

• MyCircularQueue(k): 構造器，設置隊列長度爲 k 。
• Front: 從隊首獲取元素。若是隊列爲空，返回 -1 。
• Rear: 獲取隊尾元素。若是隊列爲空，返回 -1 。
• enQueue(value): 向循環隊列插入一個元素。若是成功插入則返回真。
• deQueue(): 從循環隊列中刪除一個元素。若是成功刪除則返回真。
• isEmpty(): 檢查循環隊列是否爲空。
• isFull(): 檢查循環隊列是否已滿。

示例：

MyCircularQueue circularQueue = new MycircularQueue(3); // 設置長度爲 3
circularQueue.enQueue(1);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(2);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(3);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(4);  // 返回 false，隊列已滿
circularQueue.Rear();  // 返回 3
circularQueue.isFull();  // 返回 true
circularQueue.deQueue();  // 返回 true
circularQueue.enQueue(4);  // 返回 true
circularQueue.Rear();  // 返回 4

提示：

• 全部的值都在 0 至 1000 的範圍內；
• 操做數將在 1 至 1000 的範圍內；
• 請不要使用內置的隊列庫。

解題思路：

通常高級程序設計語言都會內置隊列庫，稍微參考一下便可。在循環隊列中，咱們使用一個數組和兩個指針（head 和 tail）。 head 表示隊列的起始位置，tail 表示隊列的結束位置。

class MyCircularQueue {
    
    private int[] data;
    private int head;
    private int tail;
    private int size;

    /** 初始化數據結構，並規定隊列大小k */
    public MyCircularQueue(int k) {
        data = new int[k];
        head = -1;
        tail = -1;
        size = k;
    }
    
    /** 在隊列插入一項，並返回插入是否成功 */
    public boolean enQueue(int value) {
        if (isFull() == true) {
            return false;
        }
        if (isEmpty() == true) {
            head = 0;
        }
        tail = (tail + 1) % size;
        data[tail] = value;
        return true;
    }
    
    /** 從隊列刪除一項，並返回刪除是否成功 */
    public boolean deQueue() {
        if (isEmpty() == true) {
            return false;
        }
        if (head == tail) {
            head = -1;
            tail = -1;
            return true;
        }
        head = (head + 1) % size;
        return true;
    }
    
    /** 獲取隊列第一項 */
    public int Front() {
        if (isEmpty() == true) {
            return -1;
        }
        return data[head];
    }
    
    /** 獲取隊列最後一項 */
    public int Rear() {
        if (isEmpty() == true) {
            return -1;
        }
        return data[tail];
    }
    
    /** 檢查隊列是否爲空 */
    public boolean isEmpty() {
        return head == -1;
    }
    
    /** 檢查隊列是否已滿 */
    public boolean isFull() {
        return ((tail + 1) % size) == head;
    }
}

Python3：

class MyCircularQueue():

    def __init__(self, k: int):
        """
        初始化數據結構，並規定隊列大小k
        """
        self.size = k
        self.queue = ['']*k
        self.head = -1
        self.tail = -1
        
    def enQueue(self, value: int) -> bool:
        """
        在隊列插入一項，並返回插入是否成功
        """
        if not self.isFull():
            if self.head == -1:
                self.head = 0
            self.tail = (self.tail+1)%self.size
            self.queue[self.tail] = value
            return True
        else:
            return False
        
    def deQueue(self) -> bool:
        """
        從隊列刪除一項，並返回刪除是否成功
        """
        if not self.isEmpty():
            if self.head ==self.tail:
                self.head,self.tail = -1,-1
            else:
                self.head = (self.head+1)%self.size
            return True
        else:
            return False

    def Front(self) -> int:
        """
        獲取隊列第一項
        """
        if self.isEmpty():
            return -1
        else:
            return self.queue[self.head]

    def Rear(self) -> int:
        """
        獲取隊列最後一項
        """
        if self.isEmpty():
            return -1
        else:
            return self.queue[self.tail]

    def isEmpty(self) -> bool:
        """
        檢查隊列是否爲空
        """
        return self.head == -1 and self.tail == -1

    def isFull(self) -> bool:
        """
        檢查隊列是否已滿
        """
        return (self.tail+1)%self.size ==self.head