Java数据结构----------------队列(性质,功能,图解代码)

简介: 目录1.什么是队列?2.队列的基本功能和结构3.队列的基本功能图解实现 1.判断队列是否为空 2.返回队列中元素的个数 3.清空队列 4.入队 5.出队

1.什么是队列?


某一天你没有吃早餐就去上课,饿的无精打采,于是中午一放学你就兴冲冲的冲去饭堂,但没想到一群上体育课的已经早已将窗口排的慢慢的,这时你想直接去窗口打饭,你刚走过去,前排的几位同学立马叫住了你:“喂,插队啊?”,他们长得高大威猛,于是你老实的从最后一位同学开始排队,慢慢的前面都打完了才到你。其实这时你就完成了一个从入队到出队的流程


image.png


像这种只能在一端进入,从另外一端出,先进先出的数据结构,我们就叫做队列。这类似我们排队的情况,如果你插队是违反了规则,只能老实从后端进入,等前面的元素都走了才到你,最直观的就是我们日常生活中的排队情况。


2.队列的基本功能和结构


public class Queue<T> implements Iterable {
    //记录头结点
    private Node head;
    //记录元素个数
    private int N;
    //记录尾结点
    private Node last;
    private class Node {
        public T item;
        public Node next;
        public Node(T item, Node next) {
            this.item = item;
            this.next = next;
        }
    }
public Queue() {
        this.head = new Node(null, null);
        this.last = null;
        this.N = 0;
    }

解析:队列像栈一样,同样可以通过顺序表和链表来实现,当然使用链表更加方便我们进行操作,顺序表实现队列会大量的移动元素,就像我们排队要所有人慢慢往前走,非常不方便。首先有个内部类Node表示结点,成员属性有头结点以及尾结点,还有int类型变量N统计存储的元素个数。


ps:再次强调,头结点不存储元素,尾结点是可以存储的。构造方法中初始化时不能写this.Node=null这种,这样代表压根没有头结点,但是刚开始是确实没有尾结点,因为队列还是空的


public boolean isEmpty()
判断队列是否为空
public int size()
返回队列中元素的个数
public void clean()
清空队列
public void enqueue(T t) 
入队
public T dequeue()
出队


3.队列的基本功能图解实现


1.判断队列是否为空


//判断队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return N == 0;
    }

解析:因为有N统计队列中的元素个数,所以直接返回N是否等于0即可。


2.返回队列中元素的个数


//返回队列中元素的个数
    public int size() {
        return N;
    }

解析:同理于上面,返回N的值即可


3.清空队列


public void clean(){
        N=0;
        head.next=null;
    }

解析:因为是单链表实现队列,访问队列中的任何元素,我们都只能通过头结点向后遍历,如果头结点的next指向为空,那我们什么也遍历不到,也就意味着队列为空了,此时别忘记将N置为0。


4.入队


//入队
    public void enqueue(T t) {
        Node newNode = new Node(t, null);
        if (N == 0) {
            head.next = newNode;
            last = newNode;
        }else {
            last.next = newNode;
            last = newNode;
        }
        N++;
    }

解析:入队入队,顾名思义就排队嘛,那排队你只能排到最后,那我们肯定要先找到最后一个同学,同理我们要先找到最后一个结点。但是如果队列此时没有同学呢?说明你直接就成为了头结点的next,同时也是尾结点,这就是代码中我们先要判断N是否为0的情况。如果队列不为空,那我们就需要在最后一个结点补上新结点,同时让新节点成为尾结点,最后无论哪种情况都需要让N++。


5.出队


//出队
    public T dequeue() {
        //如果队列为空
        if (isEmpty()) return null;
        //
        Node a = head.next;
        head.next = a.next;
        N--;
        return a.item;
    }

解析:出队就像你排队打饭打好了,就该端着饭盘走了,让你后面的同学也好上来打饭。同理我们需要判断队列是否为空,如果为空说明没有元素给我们出,那么就得返回null。如果有元素,操作就类似删除结点,删掉头结点的next,也就是即将队头元素,让队头元素的下一元素成为新的队头元素。


ps:其实从栈看到队列,发现出栈入栈出队入队的功能都是在链表的增删功能上实现的,甚至后面更复杂的数据结构如二叉树等,也同样如此,所以学好基础的数据结构是重中之重,这里可以看看我前面的文章


附上全文代码可直接复制


public class Queue<T> implements Iterable {
    //记录头结点
    private Node head;
    //记录元素个数
    private int N;
    //记录尾结点
    private Node last;
    private class Node {
        public T item;
        public Node next;
        public Node(T item, Node next) {
            this.item = item;
            this.next = next;
        }
    }
    public Queue() {
        this.head = new Node(null, null);
        this.last = null;
        this.N = 0;
    }
    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return N == 0;
    }
    //返回队列中元素的个数
    public int size() {
        return N;
    }
    //清空队列
        public void clean(){
        N=0;
        head.next=null;
    }
    //入队
    public void enqueue(T t) {
        Node newNode = new Node(t, null);
        if (N == 0) {
            head.next = newNode;
            last = newNode;
        }else {
            last.next = newNode;
            last = newNode;
        }
        N++;
    }
    //出队
    public T dequeue() {
        //如果队列为空
        if (isEmpty()) return null;
        //
        Node a = head.next;
        head.next = a.next;
        N--;
        return a.item;
    }
    //为了折纸问题(树)实现的方法
    public Node dequeue2() {
        //如果队列为空
        if (isEmpty()) return null;
        //
        Node a = head.next;
        head.next = a.next;
        N--;
        return a;
    }
}



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