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循环队列和顺序队列区别



前言:通过本篇文章,你可以了解到 队列循环队列的基本概念、如何从代码上实现这俩种数据结构,通过代码来实现其中应有的功能方法。

目录

一.队列的概念

二.队列的数据结构

三.队列的实现

▐ 入队

▐ 出队

▐ 获取队头元素

▐ 获取队列长度

四.循环队列的概念

五.循环队列的数据结构

六.循环队列的实现

▐ 判断队列是否为空

▐ 判断队列是否已满

▐ 入队

▐ 出队

▐ 得到队头元素

▐ 得到队尾元素


队列(Queue)是一种数据结构,是一种先进先出(First-In-First-Out,FIFO)的线性数据结构。它只允许在列表的一端进行插入操作(入队),在另一端进行删除操作(出队),即队头进行删除操作,队尾进行插入操作。队列常用的操作有入队(Enqueue)、出队(Dequeue)、获取队头元素(Front/Peek)、获取队列长度(Size/Length)等。

图示如下:

队列的特点是按照元素加入的先后顺序进行操作,先加入队列的元素会先被取出,后加入的元素会后被取出。这种特性常常被用于模拟实际生活中的排队场景,例如银行柜台排队、CPU任务调度等。


队列可以用数组或链表来实现。数组实现的队列需要预先分配一定的空间,但是在操作中效率较高;链表实现的队列没有固定的空间限制,但是在操作中可能需要更多的时间和空间。

这里笔者以链表进行演示:

 

因为我们使用的是链表来模拟实现,所以对于入队的操作就相当于使用尾插法(头插法),入队图示:

当队列为空的时候需要进行特殊处理,不然会造成空指针异常,队列为空的时候让我们的头指针和尾指针都指向这个节点就可以,如果队列不为空就正常的使用尾插法,尾插法图示:

 

队列是个单向的数据结构,对于入队我们使用了尾插法,那么出队就需要使用删除头节点的方法,出队的图示如下:

出队实际上是对于队头节点的删除,所以当队内没有节点的时候我们就不能进行这样的操作,我们直接抛出一个异常,在可以抛出的情况下,我们定义一个 val变量 来存放我们要删除的值,以便返回。当队列只有一个元素的时候要进行特殊处理,不然后面的程序会报空指针异常,这种情况下,我们需要先拿到头节点的值,然后将头节点置空,最后返回这个值;其余情况我们就正常进行删除操作,先拿到头节点的值然后让头节点后移,再让改变现在头节点的前驱指针,让我们要删除的数据无法被访问,最后返回这个值

 

获取队头元素则十分的简单,使用个临时变量拿到头节点的值然后返回就可以了

 

获取队列的长度也非常的简单,使用一个新的节点挨个变量,然后累加计数器最后返回就可以

 

循环队列是一种特殊的队列数据结构,它允许队列的头尾相接,形成一个环。循环队列解决了普通队列的一些缺点,如空间浪费和在元素出队后无法再次入队的问题。

循环队列通常使用数组来实现,其内部有两个指针frontrear,分别指向队列的第一个元素和最后一个元素的下一个位置。初始化时,frontrear都指向数组的第一个位置。

当往循环队列中插入元素时,将元素放入rear指向的位置,并将rear指针向后移动一位。如果rear指针到达数组的尾部,则将其指向数组的起始位置。当从循环队列中删除元素时,将front指针向后移动一位,表示该元素已出队列。如果front指针到达数组的尾部,则将其指向数组的起始位置。

图示如下:

使用循环队列可以实现高效的元素入队和出队操作,因为循环队列的空间利用率较高。当队列满时,rear指针和front指针会指向同一个位置,此时队列被认为是满的。而在普通队列中,即使队列中还有空闲位置,当rear指针到达数组的尾部时,无法再向队列中插入元素。

循环队列通过循环利用数组空间,解决了普通队列的空间浪费和无法再次入队的问题,提高了队列的空间利用率和性能。


对于循环队列,我们可以使用数组来模拟实现,分别有俩个指针指向整个数组的首部和尾部

 

对于循环队列的实现,其实难点就在于判断队列的状态,分得清队列已满和队列为空的情况就可以,其余的操作实际上都是非常简单的数组的添加和删除元素

另外很重要的一点就是,循环队列需要体现出循环的概念,所以不管是队头指针还是队尾指针,我们在操作的时候都需要除以这个数组的模

队列为空是怎么样的状态?为空,也就是说队列内什么都没有,队列的开始就是队列的结束,也就是队头指针和队尾指针指向同一个地方,如图所示:

 

队列已满是怎么样的状态?队列已满就是说队列每一个位置都有元素存放,这个情况下,如果队尾指针再往后走一步,就相当于回到了第二轮的起点,如图所示:

那么也就是说,当队尾指针再往后走一步的值除以整个队列的大小,就等于头指针的大小 

 

入队的时候,我们先要判断队列是否已满,满了就返回false表示入队失败;没有满的话就进行入队,也就是从数组的最后位置放个元素,然后再更改队尾指针指向,图示如下:

出队的实现实际上就是对数组的第一个元素进行删除操作,如图所示:

 

这样的操作其实就是出队操作的简化,拿到值返回即可,这里就不再赘述

 

这里有一点需要注意,当我们的队列只有一个元素的时候,是需要进行特殊处理的,不然就会出现数组越界的异常,毕竟数组不存在下标为-1的元素

 



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