Java数据结构和算法(五)——队列

队列。queue,就是现实生活中的排队。

1、简单队列:

public class Queqe {
private int array[];
private int front;
private int end;
private int number;
private int max; private Queqe(int maxsize){
array = new int[maxsize];
max = maxsize;
front = 0;
end = 0;
number = 0;
} private void insert(int item){
if(isFull()){
System.out.println("is full,can not insert");
return;
}
array[end++] = item;
number++;
} private int remove(){
if(isEmpty()){
System.out.println("is empty,can not remove");
return -1;
}
number--;
return array[front++];
} private boolean isFull(){
return number == max;
}
private boolean isEmpty(){
return number == 0;
} private int size(){
return number;
} private int peekFront(){
return array[front];
} public static void main(String[] args) {
Queqe q = new Queqe(4);
System.out.println("queqe is empty:"+q.isEmpty()); q.insert(1);
q.insert(2);
q.insert(3);
q.insert(4);
q.insert(5); System.out.println(q.size());
System.out.println("front is "+q.peekFront()); while(!q.isEmpty())
System.out.println(q.remove());
}
} result:
queqe is empty:true
is full,can not insert
4
front is 1
1
2
3
4

还是通过数组实现,可是和栈不同的是。队列的话有队头队尾。队头指向队列的首部。而队尾指向队列的尾部。number为队列中数的个数,每当插入一个新元素。队尾后移。每当移除一个新元素,队首后移,插入和移除的同一时候依据队列是否为空或者是满,才进行插入和移除。

先进的元素排在前面,那么移除的时候就是先移除队头,达到先进先出的效果。·插入和移除并不用移动整个数组,仅仅需改变队头和队列的指向,所以时间复杂度和栈一样都是O(1)。

2、不用number之后的方法改变

前面用了number统计队列中元素个数,事实上不用这个变量。单靠队头和队尾也是能够实现队列。

    private boolean isFull(){
return end == max;
}
private boolean isEmpty(){
return (front ==0&&end ==0)||front == max;
} private int size(){
return end -front;
}

队尾减去队头就是元素的个数。由于一旦插入,end是添加1的。

而推断是不是满了更简单,队尾移到数组尾部即是满了。

空的话会复杂一些,一种是一開始front为零,可是有元素插入,此时end不为零。假设两者为零那就是空了。还有就是不停remove之后,front移到最后,证明之前的元素所有remove掉了,此时也为空。

作者依据的是front和end的变化。然后再insert和remove中直接改变front和end的值,在isEmpty和isFull中,比如在isFull()中:

    private boolean isFull(){
return end+2 == front||(front+max-2==end);
}

作者的end一開始设为-1,然后一旦end超过max会变成-1,所以其中有着非常复杂的位置关系。

这样更复杂。

由于这样相似循环队列,超出之后又重头開始插入。

事实上在isEmpty和isFull中直接进行推断就能够了。

然后真的超出的时候直接打印错误后return。

3、优先级队列

银行办业务当然要排队,可是。银行的vip用户不须要,由于他存的钱比你多。银行重视这种客户。优先级高,所以他尽管比你晚来到银行。可是排号的时候拿到的号比你还前。

那这种话,优先级队列就像是一開始就依据优先级排列好顺序的队列。

private void insert(int item){
if(isFull()){
System.out.println("is full,can not insert");
return;
}
if(end == 0){
array[end++] = item;
}else{
int i;
for ( i = number-1; i >=0; i--) {
if(item > array[i]){
array[i+1] = array[i];
}
}
array[i+1]= item;
end++;
}
number++;
} result:
queqe is empty:true
size:0
is full,can not insert
queqe is empty:false
size:4
front is 4
4
3
2
1

如今我们将数值大的看成是优先级高的,第一个插入直接插入数组第一位,后面插入的開始比較,假设比前面的数都小,那么就放在队列最后面,假设大的话,就将整个队列后推,然后找到适当的位置插入。和插入排序是相似的。

这样插入元素的同一时候,就已经依照优先级从大到小的顺序排好序了(前:prefix expression 中:infix expression 后:postfix expression)。

4、算术表达式的解析

1+2+3=?

由于我们从小接受的教育就是从左到右,有括号计算括号中面,先乘除后加减这种思路。然后看到上面那个算式的时候一下子就得出结果,这是中缀表达式。

也就是我们脑里面计算算式的方式。

从左到右,1+2看后面,是+号。那能够直接算1+2的值为3,3+3后面是=号了,直接计算3+3=6。

1+2*3=?

从左到右,1+2看后面,是*号,那不能直接算1+2的值,先计算2*3=6。再看后面为=。所以计算1+6=7。

1*(2+3)=?

从左到右,1后面是*,所以本来先计算的,可是后面是(所以先看括号,括号中面是2+3=5后面是=,所以直接计算1*5=5。

可是计算机并不像人脑这么聪明。一眼看过去基本能够心算。计算机认后缀表达式比較easy,假设我们从小就接受的是后缀表达式的方式的话。那对于我们来说一样能够。

后缀表达式的话就用符号a,b,c表示了。由于多位数字的话,写成1242132+,根本就不知道是那两个数字相加,那么就要有分隔符,可是无疑会添加难度。

a+b-c转后缀:

读a。读到+,继续读到b,写成ab。再读到-号能够将+放在ab后面。即ab+,读入c,后面结束了则ab+c-。

a+b*c转后缀:

读a,读+,读b,放置为ab,再读后面,*优先级大于+号。临时不能放+,再读c,c后面结束。所以能够放入*,在放+。即abc*+。

a*(b+c)转后缀:

读a,读*,后面发现(不能放置*,(里比*优先级高,读b+c,后面为),可变为bc+,再和a*合。即abc+*。

这篇尽管讲得是队列。可是要用到的结构是栈,由于进来进去的。这里的算数不用压入栈,直接输出。

a+b-c转后缀:

直接输出a。读+。栈空压入栈,再输出b。栈非空。弹出+,读到-,+优先级>= -,输出+,压-入栈,输出c,结束了,弹出-。

最后结果:ab+c-。

a+b*c转后缀:

直接输出a,读+。栈空压入栈,再输出b,栈非空,弹出+,读到*,+优先级< -。所以先+压入栈,再压*,输出c,结束了,弹出*,再弹+。

最后结果:abc*+。

a*(b+c)转后缀:

直接输出a。读*。栈空压入栈。读到(压(入栈,输出b,读+。压入栈。输出c。读),发现后面结束能够弹出+并输出。弹出(不输出,弹出*。

最后结果:abc+*。

看了这个分析过程之后,就是利用栈,对操作符进行栈的压入和弹出。

假设纯粹用高级语言写计算器,直接使用中缀表达式就可以,可是到了底层的编译器。就是须要后缀表达式实现。还要考虑到位数和其它操作符,可想代码远远比上面的复杂。

总体的思路就是这样,代码的实现就是通过栈和条件推断进行入栈和出栈就可以。

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