看得見的數據結構Android版之隊列篇

時間  2019-11-07
標籤 看得見 數據 結構 android 隊列 欄目 Android 简体版
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零、前言

1.現實世界裏咱們更多講究的是先來後到,先排隊先買票，這樣纔有秩序，畢竟咱們沒有計算機那麼有耐心
2.使用隊列結構能很好的模擬和解決相似生活中的事，好比消息的發送用隊列維護就是很是恰當的
3.隊列就像去動物園買票，先處理隊列的頭部，有新的人來了就後面排着去，慢慢等
4.還有一種頗有意思的隊列是循環隊列，它是因爲數組對頭部操做的困難性，從而轉變一種思路，讓數組也能很好的實現隊列結構，後面會仔細分析一下
5.本例操做演示源碼：但願你能夠和我在Github一同見證：DS4Android的誕生與成長，歡迎stargit

1.留圖鎮樓：隊列的最終實現的操做效果:
數組實現普通隊列：

藍色區域是數組看見：初始化四個空間，不夠再擴容，空閒太多再縮容github

數組實現普通隊列.gif

鏈表實現普通隊列：

隊列綜合操做.gif

2.隊列結構的簡介：
隊列是一種線性的數據結構  
特性：尾部添加，頭部取出 即先進先出FIFO  
操做：enqueue入隊  dequeue出隊  getFront查看隊首元素
複製代碼

隊列.png

1、隊列接口

兵馬未動，糧草先行，有接口好辦事。編程

/**
 * 做者：張風捷特烈
 * 時間：2018/8/17 0017:15:57
 * 郵箱：1981462002@qq.com
 * 說明：隊列接口
 */
public interface IQueue<T> {
    /**
     * 入隊
     * @param el 元素
     */
    void enqueue(T el);

    /**
     * 出隊
     * @return 元素
     */
    T dequeue();

    /**
     * 獲取隊首元素
     * @return 隊首元素
     */
    T getFront();

    /**
     * 獲取隊列元素個數
     * @return 元素個數
     */
    int getSize();

    /**
     * 是否爲空
     * @return 是否爲空
     */
    boolean isEmpty();
}
複製代碼

2、普通隊列的數組實現

普通隊列的數組實現----性能很是差,後面用數組實現循環隊列來優化
爲何會不好，由於尾添加和頭刪除，總有一個會讓全部的人挪一挪，後面會用數組實現循環隊列來優化數組

/**
 * 做者：張風捷特烈
 * 時間：2018/8/17 0017:15:57
 * 郵箱：1981462002@qq.com
 * 說明：普通隊列的數組實現----性能很是差,後面用數組實現循環隊列來優化
 */
public class ArrayChartQueue<E> implements IQueue<E> {
    private ArrayChart<E> array;//成員變量

    public ArrayChartQueue(int capacity) {
        this.array = new ArrayChart<>(capacity);
    }

    public ArrayChartQueue() {
        this.array = new ArrayChart<>();
    }

    @Override
    public void enqueue(E el) {
        array.add(el);
    }

    @Override
    public E dequeue() {
        return array.remove(0);
    }

    @Override
    public E front() {
        return array.get(0);
    }

    @Override
    public int size() {
        return array.size();
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return array.isEmpty();
    }
}
複製代碼
2.數組普通隊列的插入演示：

因爲是基於數組來實現，因此一切的操做也是基於數組
初始四個大小的數組，就像招待處預留四把椅子，而後等椅子坐滿了，再來加椅子bash

數組普通隊列的插入.gif

3.數組普通隊列的查看首元演示：

數組普通隊列查看首元.gif

4.數組普通隊列的移除演示：

數組表結構移除頭部...萬惡之源，千萬不要用，此處僅演示! 此處僅演示!此處僅演示!!
數組表結構移除頭部...萬惡之源，千萬不要用，此處僅演示! 此處僅演示!此處僅演示!!微信

數組普通隊列移除首元.gif

3、循環隊列

基於數組實現的隊列在隊首取出時會使得整隊移動，效率會很低
可是壯哉我大數組,豈會連個小小的隊列都搞不定，之後還哪還有臉立足王座...因而循環隊列出現了
提及循環你們腦子裏都是一個圈來回轉,循環小數表示不服... 只要有週期性就是循環，想成一個圈就狹隘了數據結構

1.循環隊列實現的思路：
不就是想要知道隊尾和隊首是那個嘛，我標出來，維護一下給你不就好了嗎  
注意：這裏的優點在於維護了隊尾和隊首的標示，插入尾和刪除頭都是定點，並且數組總體不移動,而是標示在動
新加元素時，隊尾表識後移，不夠就擴容。刪除頭時隊首標示  

循環隊列特色：
爲空時，`隊尾標示==隊首標示`,
隊列滿：`(隊尾標示+1)%數組長度==隊首標示`   
循環隊列會使隊首前一個位置不可用。
複製代碼

循環隊列.png

循環隊列循環機制.png 

/**
 * 做者：張風捷特烈
 * 時間：2018/8/17 0017:16:03
 * 郵箱：1981462002@qq.com
 * 說明：數組實現循環隊列
 */
public class ArrayLoopQueue<T> implements IQueue<T> {
    private T[] data;// 隊列數據
    private int head;//隊首標示
    private int tail;//隊尾標示
    private int size;//元素個數
    public ArrayLoopQueue() {//無參構造：默認8個容量
        this(8);
    }
    public ArrayLoopQueue(int capacity) {
        // 由於會有一個浪費,因此+1
        data = (T[]) new Object[capacity + 1];
        head = 0;
        tail = 0;
        size = 0;
    }
    @Override
    public void enqueue(T el) {
        if (isFull()) {//加入時滿了---擴容
            grow(capacity() * 2);
        }
        data[tail] = el;//在隊尾插入
        //插入數據時對尾標示進行維護-----
        tail = (tail + 1) % data.length;
        size++;
    }
    @Override
    public T dequeue() {
        if (isEmpty()) {
            throw new IllegalArgumentException("MakeSure it's not an empty } T ret = data[head]; data[head] = null;//讓隊首移除 //隊首移除時對首標示進行維護----- head = (head + 1) % data.length; size--; //閒置太多---縮容 if (size == capacity() / 4 && capacity() / 2 != 0 && size > 4) { grow(capacity() / 2); } return ret; } @Override public T front() { if (isEmpty()) { throw new IllegalArgumentException("MakeSure it's not an empty } return data[head]; } /** * 擴容/縮容 * * @param newCapacity 新的容量 */ private void grow(int newCapacity) { T[] newData = (T[]) new Object[newCapacity + 1]; for (int i = 0; i < size; i++) { // 此時在newData中隊首對齊回來，data中就得有一個front的偏移量 newData[i] = data[(i + head) % data.length]; } data = newData; head = 0; tail = size; } /** * 獲取容量 * * @return 容量 */ public int capacity() { return data.length - 1; } /** * 隊列元素個數 * * @return 元素個數 */ @Override public int size() { return size; } /** * 是否爲空 * * @return 是否爲空 */ @Override public boolean isEmpty() { return head == tail; } /** * 隊列是否滿了 * * @return 隊列是否滿了 */ private boolean isFull() { // tail的下一個位置等於head時 return (tail + 1) % data.length == head; } } 複製代碼

4、單鏈表式實現隊列結構

鏈表和隊列可謂自然配，鏈表的頭刪除，頭獲取很快,但尾添加要獲取尾部，須要遍歷一次，很差
但能夠維護首位標識，使隊尾也容易獲取。(固然你也能夠用雙鏈表...直接批件衣服，改都不用改)
註釋的很清楚了，看着代碼順一下，或debug走一波，我就不贅述了ide

/**
 * 做者：張風捷特烈
 * 時間：2018/8/17 0017:22:50
 * 郵箱：1981462002@qq.com
 * 說明：單鏈表實現隊列
 */
public class SingleLinkedQueue<T> implements IQueue<T> {

    private Node head;//頭節點
    private Node tail;//尾節點

    private int size;//元素個數

    public SingleLinkedQueue() {
        head = null;
        tail = null;
        size = 0;
    }

    @Override
    public void enqueue(T el) {//入隊
        // 若是隊尾爲空，說明隊列是空的。由於tail一直指向最後一個非空節點。
        if (tail == null) {
            tail = new Node(null, el);//初始化
            head = tail;
        } else {
            tail.next = new Node(null, el); // 新來的排到後面去
            tail = tail.next; //更新隊尾
        }
        size++;
    }

    @Override
    public T dequeue() {//出隊
        if (isEmpty())
            throw new IllegalArgumentException("MakeSure it's not an empty queue");
        Node targetNode = head;//我是老大
        head = head.next; // 我是老二，但我要篡位了...之後哥就是老大
        targetNode.next = null; //前任老大走了....
        if (head == null) {// 若是頭結點爲空
            tail = null;
        }
        size--;
        return targetNode.el;
    }

    @Override
    public T front() {
        if (isEmpty())
            throw new IllegalArgumentException("MakeSure it's not an empty queue");
        return head.el;
    }

    @Override
    public int size() {
        return size;
    }

    @Override
    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    private class Node {
        private T el;//改節點上的元素
        private Node next; //下一節點
        /**
         * 兩參構造
         *
         * @param next //下一節點
         * @param el   生成節點的元素值
         */
        private Node(Node next, T el) {
            this.el = el;
            this.next = next;
        }
    }
}
複製代碼

5、小結

1.數組普通隊列：ArrayChartQueue測試
方法\數量 1000 次10000次 10W次 100W次 1000次
enqueue 0.0006秒 0.0022秒 0.01571秒 0.06668秒 1.1375秒
dequeue 0.0111秒 0.2707秒 18.7684秒 ---- --
2.數組環形隊列：ArrayLoopQueue測試
方法\數量 1000 次10000次 10W次 100W次 1000次
enqueue 0.0004秒 0.0019秒 0.01775秒 0.05414秒 0.6896秒
dequeu 0.0005秒 0.0021秒 0.0091秒 0.0360秒 0.3327秒
3.鏈表隊列：SingleLinkedStack測試
方法\數量 1000 次10000次 10W次 100W次 1000次
enqueue 0.0011秒 0.0031秒 0.0099秒 0.4881秒 3.1186秒
dequeue 0.0002秒 0.0013秒 0.0046秒 0.0221秒 0.1388秒

可見循環隊列仍是蠻好的，壯哉，我大數組!
數組普通隊列,就認識一下吧...不要用它。
數組環形隊列和鏈表隊列的比較也就至關於數組和鏈表的比較oop

本系列後續更新連接合集：(動態更新)

後記：捷文規範

2.本文成長記錄及勘誤表
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V0.1--github 2018-11-24 看得見的數據結構Android版之隊列結構的實現
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4.聲明

1----本文由張風捷特烈原創,轉載請註明
2----歡迎廣大編程愛好者共同交流
3----我的能力有限，若有不正之處歡迎你們批評指證，一定虛心改正
4----看到這裏，我在此感謝你的喜歡與支持post

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