與前面提到的數據結構相同,隊列中的數據也呈
線性排列。雖然與棧有些相似,但隊列中添加和刪除數據的操作分別是在兩端進行的,就和隊列這個名字一樣,把它想象成排成一隊的人更容易理解。在隊列中,處理總是從第一名開始往後進行,而新來的人只能排在隊尾。隊列是什麼?
如上就是隊列的概念圖,現在隊列中只有數據 Blue。往隊列中添加數據時,數據被加在最上面。
然後,隊列中添加了數據 Green。往隊列中添加數據的操作叫作入隊。
緊接著,數據 Red 也入隊了。
從隊列中取出(刪除)數據時,是從最下面,也就是最早入隊的數據開始的,即 Blue。從隊列中刪除數據的操作叫作出隊。
如果再進行一次出隊操作,取出的就是 Green 了。
像隊列這種最先進去的數據最先被取來,即先進先出的結構,我們稱為 First In First Out,簡稱
FIFO。與棧類似,隊列中可以操作數據的位置也有一定的限制。在棧中,數據的添加和刪除都在同一端進行,而在隊列中則分別是在兩端進行的。隊列也不能直接訪問位於中間的數據,必須通過出隊操作將目標數據變成首位後才能訪問。
介紹完隊列的基本知識後,接下來舉一個例子,比如生活中常見的排隊買票。
如何理解隊列?
隊列這個概念非常好理解,你可以把它想象成排隊買票,先來的先買,後來的人只能站末尾,不允許插隊,先進者先出,這就是典型的隊列。
上一篇講到棧只支持兩個基本操作:入棧和出棧。隊列跟棧非常相似,支持的操作也很有限,最基本的操作也是兩個:入隊,放一個數據到隊列尾部;出隊,從隊列頭部取一個元素。
所以,隊列跟棧一樣,也是一種操作受限的線性表數據結構,隊列的概念很好理解,基本操作也很容易掌握。作為一種非常基礎的數據結構,隊列的應用也非常廣泛,特別是一些具有某些額外特性的隊列,比如循環隊列、阻塞隊列、併發隊列。
隊列的實現
看到這裡,相信你已經對隊列有了初步的理解,隊列主要包含兩個操作,入隊和出隊。光理解還不夠,我們還要動手去實現隊列,接下來讓我們來看一看如何用代碼實現一個隊列。
跟棧一樣,隊列可以用數組來實現,也可以用鏈表來實現。用數組實現的棧叫作順序棧,用鏈表實現的棧叫作鏈式棧 。同樣,用數組實現的隊列叫作順序隊列,用鏈表實現的隊列叫作鏈式隊列。
首先來看下用數組實現的隊列是怎麼樣的,其實現如下圖所示:
那麼我先用 Java 語言來實現下順序隊列,代碼如下:
<code>/** * 基於數組實現的順序隊列 * * @author wupx * @date 2020/02/13 */public class ArrayQueue { private String[] items; /** * 數組大小 */ private int n = 0; /** * 隊頭下標 */ private int head = 0; /** * 隊尾下標 */ private int tail = 0; /** * 申請一個大小為 capacity 的數組 * * @param capacity */ public ArrayQueue(int capacity) { items = new String[capacity]; n = capacity; } /** * 入隊 * * @param item * @return */ public boolean enqueue(String item) { // 如果 tail == n 表示隊列已經滿了 if (tail == n) { return false; } items[tail] = item; ++tail; return true; } /** * 出隊 * * @return */ public String dequeue() { // 如果 head == tail 表示隊列為空 if (head == tail) { return null; } String ret = items[head]; ++head; return ret; }}/<code>
另外一種就是鏈式隊列,它的實現如下圖所示:
再用鏈表去實現隊列,代碼如下:
<code>/** * 基於鏈表實現的鏈式隊列 * * @author wupx * @date 2020/02/13 */public class LinkedListQueue { /** * 隊頭 */ private Node head = null; /** * 隊尾 */ private Node tail = null; /** * 入隊 * * @param value */ public void enqueue(String value) { if (tail == null) { Node newNode = new Node(value, null); head = newNode; tail = newNode; } else { tail.next = new Node(value, null); tail = tail.next; } } /** * 出隊 * * @return */ public String dequeue() { if (head == null) { return null; } String value = head.data; head = head.next; if (head == null) { tail = null; } return value; } public void printAll() { Node p = head; while (p != null) { System.out.print(p.data + " "); p = p.next; } System.out.println(); } private static class Node { private String data; private Node next; public Node(String data, Node next) { this.data = data; this.next = next; } public String getData() { return data; } }}/<code>
到此,我們就分別實現了基於數組和鏈表的隊列,大家可以自己實現下。
隊列還有很多擴展,比如循環隊列、阻塞隊列、併發隊列等,將在以後的文章中進行介紹。
總結
這篇主要講了一種跟棧很相似的數據結構-隊列,也是一種線性邏輯結構。
隊列遵循先進先出(FIFO)的原則,主要的兩個操作是入隊和出隊。隊列既可以用數組來實現,也可以用鏈表來實現。用數組實現的叫順序隊列,用鏈表實現的叫鏈式隊列。
參考
《我的第一本算法書》
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