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图解LeetCode——622. 设计循环队列(难度:中等)
2022-08-02 16:42:00 【爪哇缪斯】
一、题目
设计你的循环队列实现。 循环队列是一种线性数据结构,其操作表现基于 FIFO(先进先出)原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。
循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里,一旦一个队列满了,我们就不能插入下一个元素,即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列,我们能使用这些空间去存储新的值。
你的实现应该支持如下操作:
MyCircularQueue(k)
:构造器,设置队列长度为 k 。Front
: 从队首获取元素。如果队列为空,返回 -1 。Rear
: 获取队尾元素。如果队列为空,返回 -1 。enQueue(value)
: 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。deQueue()
: 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。isEmpty()
: 检查循环队列是否为空。isFull()
: 检查循环队列是否已满。
二、示例
2.1> 示例:
提示:
- 所有的值都在
0
至1000
的范围内;- 操作数将在
1
至1000
的范围内;- 请不要使用内置的队列库。
三、解题思路
3.1> 头尾节点指针+元素计数器
当我们看完这道题的描述之后,如果有的同学们曾经读过ArrayBlockingQueue源码或者看过我之前发过的一篇文章《不了解SynchronousQueue?那ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue不会也不知道吧?》,那么就会很容易的想到解题思路并完成代码实现。只是对于ArrayBlockingQueue来说,由于它要处理多线程对资源的抢占,所以加入了ReentrantLock,并且通过lockInterruptibly()
这种可接受被打断的方式进行了加锁操作。除了加入锁机制,还加入了Condition实例,通过调用其await()
/awaitNanos()
和signal()
方法实现当队列满了时,再放入元素需要等待,以及当队列空的时候,要获取元素需要等待,以及当满队列有空余空间时,通过signal()方法解除插入时等待的线程,以及当空队列有元素插入进来之后,通过signal()方法通知获取元素等待的线程解除等待。
如果大家对ArrayBlockingQueue感兴趣的话,可以阅读一下我上面提到的文章,也可以自己看一下相关源码,代码逻辑并不复杂,也是很好理解的。好了,我们现在把话题拉回来,来看一下这道算法题的解题思路是怎么样的。
首先,通过题目中的描述,我们要实现一个循环队列,即:一个结合了队列+循环的数据结构。如下图所示:
那么对于底层用于存储的数据结构,我们选择数组即可,因为构造函数会传入环形缓冲器能承载元素的个数,所以,我们通过构造函数来初始化底层数组——int[] element
。
那么既然要实现“环形”能力,就需要我们创建两个指针,分别为:head指针
和tail指针
。通过这两个指针,我们可以满足存取操作,即:向环形缓冲器存入元素的时候,将元素插入到tail指针位置——element[tail] = “待插入元素”;向环形缓冲器获取元素的时候,获取head指针位置的元素——return element[head];
那如何快速的知道环形缓冲器是空的状态或是满的状态呢?我们可以创建一个int类型的count变量,当向环形缓冲器插入元素的时候,执行count++
;如果向环形缓冲器获取元素的时候,执行count--
;那么count就可以代表环形缓冲器中保存的元素个数,当count等于0时,说明里面是空的,而当count等于element.length的时候,就说明是满的。
由于是环形结构,所以当head == element.length
时,要重置head为0,而同样tail也是这样操作的。
插入元素操作步骤如下图所示:
获取/删除元素操作步骤如下图所示:
四、代码实现
4.1> 头尾节点指针+元素计数器
class MyCircularQueue {
private int[] element;
private int head = 0, tail = -1, count = 0;
public MyCircularQueue(int k) {
element = new int[k];
}
public boolean enQueue(int value) {
if (isFull()) return false; // 队列满了
tail += 1;
if (tail == element.length) tail = 0;
element[tail] = value;
count++;
return true;
}
public boolean deQueue() {
if (isEmpty()) return false; // 队列空了
element[head++] = -1;
if (head == element.length) head = 0;
count--;
return true;
}
public int Front() {
if (count == 0) return -1; // 队列空了
return element[head];
}
public int Rear() {
if (count == 0) return -1; // 队列空了
return element[tail];
}
public boolean isEmpty() {
return count == 0;
}
public boolean isFull() {
return count == element.length;
}
}
今天的文章内容就这些了:
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