第九天 队列 - 算法系列15天速成

返回介绍

第九天 队列

发布于 2019-11-11 字数19464 浏览 776 评论 0

可能大家都知道,线性表的变种非常非常多,比如今天讲的“队列”,灰常有意思啊。

一:概念

队列是一个”先进先出“的线性表,牛X的名字就是“First in First Out(FIFO)”,

生活中有很多这样的场景,比如读书的时候去食堂打饭时的”排队“。当然我们拒绝插队。

二:存储结构

前几天也说过,线性表有两种”存储结构“,① 顺序存储,②链式存储。当然“队列”也脱离

不了这两种服务,这里我就分享一下“顺序存储”。

顺序存储时,我们会维护一个叫做”head头指针“和”tail尾指针“,分别指向队列的开头和结尾。

第九天 队列

代码段如下:

 1     #region 队列的数据结构
    /// <summary>
/// 队列的数据结构
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
    public class SeqQueue<T>
    {
        private const int maxSize = 100;

        public int MaxSize
        {
            get { return maxSize; }
        }

        /// <summary>
/// 顺序队列的存储长度
/// </summary>
        public T[] data = new T[maxSize];

        //头指针
        public int head;

        //尾指针
        public int tail;

    }
    #endregion

三:常用操作

队列的操作一般分为:

①: 初始化队列。

②: 出队。

③: 入队。

④: 获取队头。

⑤: 获取队长。

1:初始化队列

这个很简单,刚才也说过了,队列是用一个head和tail的指针来维护。分别设置为0即可。

2:出队

看着“队列”的结构图,大家都知道,出队肯定跟head指针有关,需要做两件事情,

第一: 判断队列是否为空,这个我想大家都知道。

第二: 将head头指针向后移动一位,返回head移动前的元素,时间复杂度为O(1)。

第九天 队列

代码段如下:

 1 #region 队列元素出队
        /// <summary>
/// 队列元素出队
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public T SeqQueueOut<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue))
                throw new Exception("队列已空,不能进行出队操作");

            var single = seqQueue.data[seqQueue.head];

            //head指针自增
            seqQueue.data[seqQueue.head++] = default(T);

            return single;

        }
        #endregion

3:入队

这个跟”出队“的思想相反,同样也是需要做两件事情。

第一:判断队列是否已满。

第二:将tail指针向后移动一位,时间复杂度为O(1)。

第九天 队列

代码段如下:

 1         #region 队列元素入队
        /// <summary>
/// 队列元素入队
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <param name="data"></param>
/// <returns></returns>
        public SeqQueue<T> SeqQueueIn<T>(SeqQueue<T> seqQueue, T data)
        {
            //如果队列已满,则不能进行入队操作
            if (SeqQueueIsFull(seqQueue))
                throw new Exception("队列已满,不能入队操作");

            //入队操作
            seqQueue.data[seqQueue.tail++] = data;

            return seqQueue;
        }
        #endregion

4: 获取队头

知道”出队“和”入队“的原理,相信大家都懂的如何进行”获取队头“操作,唯一不一样的就是

他是只读操作,不会破坏”队列“结构,时间复杂度为O(1)。

代码段如下:

        #region 获取队头元素
        /// <summary>
        /// 获取队头元素
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T"></typeparam>
        /// <param name="seqQueue"></param>
        /// <returns></returns>
        public T SeqQueuePeek<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue))
                throw new Exception("队列已空,不能进行出队操作");
            return seqQueue.data[seqQueue.head];
        }
        #endregion

5:获取队长

大家都知道,我们是用数组来实现队列,所以千万不要想当然的认为数组长度是XXX,

我们维护的是一个head和tail的指针,所以长度自然就是tail-head咯,时间复杂度为O(1)。

第九天 队列

代码段如下:

 1   /// <summary>
/// 获取队列长度
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public int SeqQueueLen<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            return seqQueue.tail - seqQueue.head;
        }

然后上一下总的运行代码:

第九天 队列第九天 队列View Code

  1 using System;
  2 using System.Collections.Generic;
  3 using System.Linq;
  4 using System.Text;
  5 
  6 namespace SeqQueue
  7 {
  8     public class Program
  9     {
        static void Main(string[] args)
        {
            SeqQueue<Student> seqQueue = new SeqQueue<Student>();

            SeqQueueClass queueManage = new SeqQueueClass();

            Console.WriteLine("目前队列是否为空:" + queueManage.SeqQueueIsEmpty(seqQueue) + "\n");

            Console.WriteLine("将ID=1和ID=2的实体加入队列");
            queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 1, Name = "hxc520", Age = 23 });
            queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 2, Name = "一线码农", Age = 23 });

            Display(seqQueue);

            Console.WriteLine("将队头出队");
            //将队头出队
            var student = queueManage.SeqQueueOut(seqQueue);

            Display(seqQueue);

            //获取队顶元素
            student = queueManage.SeqQueuePeek(seqQueue);

            Console.Read();
        }
        //展示队列元素
        static void Display(SeqQueue<Student> seqQueue)
        {
            Console.WriteLine("******************* 链表数据如下 *******************");

            for (int i = seqQueue.head; i < seqQueue.tail; i++)
                Console.WriteLine("ID:" + seqQueue.data[i].ID +
                                  ",Name:" + seqQueue.data[i].Name +
                                  ",Age:" + seqQueue.data[i].Age);

            Console.WriteLine("******************* 链表数据展示完毕 *******************\n");
        }
    }

    #region 学生数据实体
    /// <summary>
/// 学生数据实体
/// </summary>
    public class Student
    {
        public int ID { get; set; }

        public string Name { get; set; }

        public int Age { get; set; }
    }
    #endregion

    #region 队列的数据结构
    /// <summary>
/// 队列的数据结构
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
    public class SeqQueue<T>
    {
        private const int maxSize = 100;

        public int MaxSize
        {
            get { return maxSize; }
        }

        /// <summary>
/// 顺序队列的存储长度
/// </summary>
        public T[] data = new T[maxSize];

        //头指针
        public int head;

        //尾指针
        public int tail;

    }
    #endregion

    #region 队列的基本操作
    /// <summary>
/// 队列的基本操作
/// </summary>
    public class SeqQueueClass
    {
        #region 队列的初始化操作
        /// <summary>
/// 队列的初始化操作
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
        public SeqQueue<T> SeqQueueInit<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            seqQueue.head = 0;
            seqQueue.tail = 0;

            return seqQueue;
        }
        #endregion

        #region 队列是否为空
        /// <summary>
/// 队列是否为空
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public bool SeqQueueIsEmpty<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            //如果两指针重合,说明队列已经清空
            if (seqQueue.head == seqQueue.tail)
                return true;
            return false;
        }
        #endregion

        #region 队列是否已满
        /// <summary>
/// 队列是否已满
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public bool SeqQueueIsFull<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            //如果尾指针到达数组末尾,说明队列已经满
            if (seqQueue.tail == seqQueue.MaxSize)
                return true;
            return false;
        }
        #endregion

        #region 队列元素入队
        /// <summary>
/// 队列元素入队
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <param name="data"></param>
/// <returns></returns>
        public SeqQueue<T> SeqQueueIn<T>(SeqQueue<T> seqQueue, T data)
        {
            //如果队列已满,则不能进行入队操作
            if (SeqQueueIsFull(seqQueue))
                throw new Exception("队列已满,不能入队操作");

            //入队操作
            seqQueue.data[seqQueue.tail++] = data;

            return seqQueue;
        }
        #endregion

        #region 队列元素出队
        /// <summary>
/// 队列元素出队
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public T SeqQueueOut<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue))
                throw new Exception("队列已空,不能进行出队操作");

            var single = seqQueue.data[seqQueue.head];

            //head指针自增
            seqQueue.data[seqQueue.head++] = default(T);

            return single;

        }
        #endregion

        #region 获取队头元素
        /// <summary>
/// 获取队头元素
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public T SeqQueuePeek<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue))
                throw new Exception("队列已空,不能进行出队操作");

            return seqQueue.data[seqQueue.head];
        }
        #endregion

        /// <summary>
/// 获取队列长度
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public int SeqQueueLen<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            return seqQueue.tail - seqQueue.head;
        }
    }
    #endregion
}

第九天 队列

三:顺序队列的缺陷

第九天 队列

大家看这张图,不知道可有什么异样的感觉,在这种状态下,我入队操作,发现程序提示队列

已满,但是tnd我这个数组还有一个空间啊,是的,这就是所谓的“假溢出”。

四:循环队列

俗话说的好啊,“没有跨不过的坎”。

1: 概念

之所以叫“循环”,得益于神奇的“%”。他让队列的首位进行相连,形成了一个我们思维中的

“圈圈”。

2:循环公式

tail=(tail+1)%array.Length;

多看几眼,大家就看通了其中循环的道理,我要做成如下的图:

第九天 队列

3:对循环的改造

先前看了一些资料,有的压根就是错的,有的说想要循环,就要牺牲一个单位的空间。

我觉得没必要。我既要循环又不牺牲空间,所以反射了一下framework中的Queue类。

改造后代码如下:

第九天 队列第九天 队列View Code

  1 using System;
  2 using System.Collections.Generic;
  3 using System.Linq;
  4 using System.Text;
  5 
  6 namespace SeqQueue
  7 {
  8     public class Program
  9     {
        static void Main(string[] args)
        {
            SeqQueue<Student> seqQueue = new SeqQueue<Student>();

            SeqQueueClass queueManage = new SeqQueueClass();

            Console.WriteLine("目前队列是否为空:" + queueManage.SeqQueueIsEmpty(seqQueue) + "\n");

            Console.WriteLine("将ID=1,2,3的实体加入队列\n");
            queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 1, Name = "hxc520", Age = 23 });
            queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 2, Name = "一线码农", Age = 23 });
            queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 3, Name = "51cto", Age = 23 });

            Console.WriteLine("\n当前队列个数:" + queueManage.SeqQueueLen(seqQueue) + "");

            Console.WriteLine("\n*********************************************\n");

            Console.WriteLine("我要出队了\n");
            queueManage.SeqQueueOut(seqQueue);

            Console.WriteLine("哈哈,看看跟顺序队列异样之处,我再入队,看是否溢出\n");
            queueManage.SeqQueueIn(seqQueue, new Student() { ID = 4, Name = "博客园", Age = 23 });
            Console.WriteLine("\n....一切正常,入队成功");

            Console.WriteLine("\n当前队列个数:" + queueManage.SeqQueueLen(seqQueue) + "");

            Console.Read();
        }
    }

    #region 学生数据实体
    /// <summary>
/// 学生数据实体
/// </summary>
    public class Student
    {
        public int ID { get; set; }

        public string Name { get; set; }

        public int Age { get; set; }
    }
    #endregion

    #region 队列的数据结构
    /// <summary>
/// 队列的数据结构
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
    public class SeqQueue<T>
    {
        private const int maxSize = 3;

        public int MaxSize
        {
            get { return maxSize; }
        }

        /// <summary>
/// 顺序队列的存储长度
/// </summary>
        public T[] data = new T[maxSize];

        //头指针
        public int head;

        //尾指针
        public int tail;

        //队列中有效的数字个数
        public int size;
    }
    #endregion

    #region 队列的基本操作
    /// <summary>
/// 队列的基本操作
/// </summary>
    public class SeqQueueClass
    {
        #region 队列的初始化操作
        /// <summary>
/// 队列的初始化操作
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
        public SeqQueue<T> SeqQueueInit<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            seqQueue.size = seqQueue.head = seqQueue.tail = 0;

            return seqQueue;
        }
        #endregion

        #region 队列是否为空
        /// <summary>
/// 队列是否为空
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public bool SeqQueueIsEmpty<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            //如果两指针重合,说明队列已经清空
            if (seqQueue.size == 0)
                return true;
            return false;
        }
        #endregion

        #region 队列是否已满
        /// <summary>
/// 队列是否已满
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public bool SeqQueueIsFull<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            //采用循环队列后,头指针
            if (seqQueue.size == seqQueue.MaxSize)
                return true;
            return false;
        }
        #endregion

        #region 队列元素入队
        /// <summary>
/// 队列元素入队
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <param name="data"></param>
/// <returns></returns>
        public SeqQueue<T> SeqQueueIn<T>(SeqQueue<T> seqQueue, T data)
        {
            //如果队列已满,则不能进行入队操作
            if (SeqQueueIsFull(seqQueue))
                throw new Exception("队列已满,还入啥队列啊!");

            //采用循环队列,必须先赋值,在自增tail指针
            seqQueue.data[seqQueue.tail] = data;
            seqQueue.tail = (seqQueue.tail + 1) % seqQueue.MaxSize;

            //队列实际元素增加
            seqQueue.size++;

            return seqQueue;
        }
        #endregion

        #region 队列元素出队
        /// <summary>
/// 队列元素出队
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public T SeqQueueOut<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue))
                throw new Exception("队列已空,大哥,不要在出队了!");

            //循环队列出队,展现的是head的灵活性
            seqQueue.head = (seqQueue.head + 1) % seqQueue.MaxSize;

            //队列实际元素递减
            seqQueue.size--;

            return seqQueue.data[seqQueue.head];
        }
        #endregion

        #region 获取队头元素
        /// <summary>
/// 获取队头元素
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public T SeqQueuePeek<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            if (SeqQueueIsEmpty(seqQueue))
                throw new Exception("队列已空,不能进行出队操作");

            return seqQueue.data[seqQueue.head];
        }
        #endregion

        #region 获取队列长度
        /// <summary>
/// 获取队列长度
/// </summary>
/// <typeparam name="T"></typeparam>
/// <param name="seqQueue"></param>
/// <returns></returns>
        public int SeqQueueLen<T>(SeqQueue<T> seqQueue)
        {
            return seqQueue.size;
        }
        #endregion
    }
    #endregion
}

第九天 队列

发布评论

需要 登录 才能够评论, 你可以免费 注册 一个本站的账号。

目前还没有任何评论,快来抢沙发吧!