数据结构——队列(Queue)详解_queue队列

1.队列（Queue）

1.1概念

队列：只允许在一端进行插入数据操作，在另一端进行删除数据操作的特殊线性表，队列具有先进先出FIFO(First In First Out)的性质

入队列：进行插入操作的一端称为队尾(Tail/Rear)

出队列：进行删除操作的一端称为队头(Head/Front)

1.2 队列的使用

在Java中，Queue是个接口，底层是通过链表实现的，在实例化Queue时，必须实例化LinkedList对象，因为LinkedList实现了Queue接口

1.3 队列模拟实现（双列表实现）

public class MyQueue {
    static class ListNode {
        public int val;
        public ListNode prev;
        public ListNode next;
 
        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
 
    public ListNode first;
    public ListNode last;
 
    //尾插
    public void offer(int val) {
        ListNode node = new ListNode(val);
        if(first == null) {
            first = last = node;
        }else {
            node.prev = last;
            last.next = node;
            last = last.next;
        }
    }
 
    //头删
    public int poll() {
        //队列为空
        if(first == null) {
            return -1;
        }
        int ret = first.val;
        //队列只有一个节点
        if(first.next == null) {
            first = last = null;
        }else {
            //队列有多个节点
            first = first.next;
            first.prev = null;
        }
        return ret;
    }
 
    //查看队头元素
    public int peek() {
        if(first == null) {
            return -1;
        }
        return first.val;
    }
 
    //判断队列是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return first == null;
    }
}

1.4 循环队列（数组实现）

一开始，first 和 last 从0下标开始，放一个元素 last++ ，如此，last 即为元素当前要存放的下标

 判断循环队列是否已满：

 解决下标从7 到 0 的过程，不能一直让 last++、first++，这样肯定会越界

公式：last = ( last + 1 ) % len(数组长度)

代码：

class MyCircularQueue {
 
    public int[] elem;//数组实现
    public int first;
    public int last;
 
    public MyCircularQueue(int k) {
        //因为计数方法为保留一个空间，所以想要存放K个元素，需要申请K+1个空间
        elem = new int[k+1];
    }
 
    //队尾添加元素
    public boolean enQueue(int value) {
        if(isFull()) {
            return false;
        }
        elem[last] = value;
        last = (last+1)%elem.length;
        return true;
    }
 
    //队头删除元素
    public boolean deQueue() {
        if(isEmpty()) {
            return false;
        }
        first = (first+1)%elem.length;
        return true;
    }
 
    //从队头获取元素
    public int Front() {
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
        return elem[first];
    }
 
    //从队尾获取元素
    public int Rear() {
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
        int index = (last == 0) ? elem.length-1 : last-1;
        return elem[index];
    }
    
    //判空
    public boolean isEmpty() {
        return first == last;
    }
    
    //判满
    public boolean isFull() {
        return (last+1)%elem.length == first;
    }
}

2. 双端队列（Deuqe）常用！

双端队列是指允许两端都可以进行入队和出队操作的队列，deque是 "double ended queue" 的简称

Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList对象

在实际工程中，使用Deque接口是比较多的，栈和队列均可使用该接口，如：

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();//双端队列的线性实现
Deque<Integer> queue = new LinkedList<>();//双端队列的链式实现

3. OJ

3.1 用队列实现栈

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
 
//用队列实现栈
//该方法用到两个队列
class MyStackUseQueue {
 
    Queue<Integer> qu1;
    Queue<Integer> qu2;
 
    public MyStackUseQueue() {
        qu1 = new LinkedList<>();
        qu2 = new LinkedList<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        if(empty()) {//若两队列均为空，将x添加到qu1中
            qu1.offer(x);
            return;
        }
        if(!qu1.isEmpty()) {//两队列哪个不为空，添加到哪个里面
            qu1.offer(x);
        }else {
            qu2.offer(x);
        }
    }
    
    //删除栈顶元素
    public int pop() {
        if(empty()) {//若两队列均为空，返回-1
            return -1;
        }
        if(!qu1.isEmpty()) {//若qu1不为空，将qu1中size-1个元素放到qu2中，剩下一个元素即为栈顶元素
            int size = qu1.size();//存放qu1元素个数
            for (int i = 0; i < size-1; i++) {//循环size-1次将元素放到qu2中
                qu2.offer(qu1.poll());
            }
            return qu1.poll();//将qu1中剩下一个元素出队
        }else {
            int size = qu2.size();//与上同理
            for (int i = 0; i < size-1; i++) {
                qu1.offer(qu2.poll());
            }
        }
        return qu2.poll();
    }
    
    //获取栈顶元素
    public int top() {
        if (empty()) {
            return -1;
        }
        //若qu1不为空，循环将qu1中所有元素，通过中间变量ret放到qu2中，当放完后，ret中存放的值即为栈顶元素
        if (!qu1.isEmpty()) {
            int size = qu1.size();
            int ret = -1;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                ret = qu1.poll();//qu1中元素出队，赋值给ret
                qu2.offer(ret);//ret中值入队给qu2
            }
            return ret;
        } else {
            int size = qu2.size();
            int ret = -1;
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                ret = qu2.poll();
                qu1.offer(ret);
            }
            return ret;
        }
    }
    
    public boolean empty() {
        return qu1.isEmpty() && qu2.isEmpty();
    }
}

3.2 用栈实现队列

import java.util.Stack;
 
//用栈实现队列，先进先出，用到两个栈
class MyQueueUseStack {
 
    Stack<Integer> st1;
    Stack<Integer> st2;
 
    public MyQueueUseStack() {
        st1 = new Stack<>();
        st2 = new Stack<>();
    }
    
    //添加元素全部添加到st1中
    public void push(int x) {
        st1.push(x);
    }
    
    //删除队首元素
    public int pop() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        //若st2不为空，将st1中元素pop，push到st2中
        if(st2.empty()) {
            while(!st1.empty()) {
                st2.push(st1.pop());
            }
        }
        //因为栈是先进后出，所以模拟队列的队首元素在st1的最下面
        //当把元素全部挪到st2中后，st2的栈顶元素即是队首元素
        return st2.pop();
    }
    
    public int peek() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(st2.empty()) {
            while(!st1.empty()){
                st2.push(st1.pop());
            }
        }
        return st2.peek();
    }
    
    public boolean empty() {
        return st1.empty() && st2.empty();
    }
}

以上两个OJ，若用双端队列来实现会更简单