【小白學算法】3. 隊列

1、什麼是隊列

• 隊列是一個有序列表，能夠用數組或者鏈表來實現。
• 遵循先入先出的原則，即：先存入隊列的數據，要先取出。後存入的的數據，後取出。

看一張隊列的模擬圖，1，2，3表示同一個隊列Queue。
在隊列中有2個指針，front表示隊首，rear表示隊尾。

1. 圖1中表示隊列裏尚未數據，因此front跟rear初始化都是-1。
2. 當圖2中有數據進行存入的時候，front沒變，而rear則隨着數據的增多而改變。存入了4個數據，因而rear=3。
3. 再看圖3，front變成了2，rear沒有變化，由於前面的2個數據被依次先取出，因此隊首就變成了2。
   
   這就是隊列的「先進先出」了。

2、用數組來模擬隊列

思路也比較簡單，由於隊列的輸出、輸入是分別從先後端來處理，所以須要兩個變量front以及rear分別記錄隊列的
先後端下標。front會隨着數據輸出而改變，而rear則是隨着數據的輸入而改變。

package sparsearray;

import java.util.Scanner;

public class MyArrayQueue {
    public static void main(String[] args) {
        // 建立一個隊列
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' '; //接受用戶輸入
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean loop = true;
        // 輸出一個菜單
        while (loop) {
            System.out.println("s(show): 顯示隊列");
            System.out.println("e(exit): 退出程序");
            System.out.println("a(add): 添加數據到隊列");
            System.out.println("g(get): 從隊列取出數據");
            System.out.println("h(head): 顯示隊首的數據");
            key = scanner.next().charAt(0); // 接收一個字符
            switch (key) {
                case 's':
                    arrayQueue.showQueue();
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("請要添加的數");
                    int value = scanner.nextInt();
                    arrayQueue.addQueue(value);
                    break;
                case 'g':
                    try {
                        int res = arrayQueue.getQueue();
                        System.out.printf("取出的數據是：%d", res);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        int headValue = arrayQueue.showHeadQueue();
                        System.out.printf("隊首數據是：%d", headValue);
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'e':
                    scanner.close();
                    loop = false;
                    break;
            }
        }
        System.out.println("退出程序");
    }
}

// 把隊列抽象成一個類，ArrayQueue
class ArrayQueue {
    //表示數組最大容量
    private int maxSize;
    // 隊列頭
    private int front;
    // 隊列尾
    private int rear;
    // 用於存放數據的數組
    private int[] arr;

    // 構造器
    public ArrayQueue(int arrMaxSize) {
        maxSize = arrMaxSize;
        arr = new int[maxSize];
        front = -1; // 指向隊首的前一個位置
        rear = -1; // 指向隊列尾部，包括隊列最後的這個數據
    }

    // 判斷隊列是否已經存滿
    public boolean isFull() {
        return rear == maxSize - 1; // 注意這裏的 maxSize-1 爲何要減1
    }

    // 判斷隊列是否爲空
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    // 添加數據到隊列
    public void addQueue(int num) {
        // 判斷隊列是否滿了
        if (isFull()) {
            System.out.println("隊列已滿，不可加入數據");
            return;
        }
        rear++; // 讓rear後移
        arr[rear] = num;
    }

    // 拿出隊列數據
    public int getQueue() {
        // 判斷隊列是否空
        if (isEmpty()) {
            // 拋出異常
            throw new RuntimeException("隊列爲空，不可取數據");
        }
        front++; // front後移
        return arr[front];
    }

    // 顯示隊列全部數據
    public void showQueue() {
        // 遍歷
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("隊列爲空");
            return;
        }
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            System.out.printf("arr[%d]=%d\n", i, arr[i]);
        }

    }

    // 顯示隊裏的隊首數據
    public int showHeadQueue() {
        if (isEmpty()) {
            // 拋出異常
            throw new RuntimeException("隊列爲空，不可取數據");
        }
        return arr[front + 1]; // 注意這裏爲甚麼要+1，由於指向隊首的前一個位置
    }
}

能夠用代碼分別的進行各項操做，看起來彷佛沒問題。
可是，實際是有問題。
這裏建立的數組使用一次就不能接着用了，好比把數據取完後，再往裏加數據就不行了。

因此要對其進行優化，使用算法，將其改爲一個環形隊列。
下一章繼續。