队列及其实现

  和栈相反,队列是一种先进先出的特殊线性表,它只允许在表的一段进行插入,而在另一端删除元素,这里需要注意,队列不允许在中间部位进行操作,队列通常有两种实现方式:顺序结构实现、链式结构实现。

队列有下面几个操作:

  • InitQueue()   ——初始化队列
  • EnQueue()        ——进队列
  • DeQueue()        ——出队列
  • IsQueueEmpty()——判断队列是否为空
  • IsQueueFull()    ——判断队列是否已满

  顺序结构实现如下:

《队列及其实现》

 

 

  对于顺序队列,入队的新元素是在线性表的最后,时间复杂度O(1),出队时需要将后续的所有元素向前移动,时间复杂度时O(n),那么如何使它的时间复杂度降低到O(1)呢?

  定义front使其始终代表头的下标

出队时将对头元素返回,且front++

  定义rear使其始终代表队尾下一个元素的下标

入队时将新元素插入,且rear++

  顺序队列的关键状态

初始状态:length == 0 , front == 0 , rear == 0;

空队列状态:length == 0 , front == rear;

满队列状态:length == capacity , front == rear;

  循环使用队列中的空间

入列:rear = (rear + 1)%capacity;

出列:front = (front + 1)%capacity;

小结:优化的顺序队列利用顺序空间提高出列操作的效率。

 

  链式结构如下:

《队列及其实现》

 

对于链式队列,入队的新元素是在线性表的最后,时间复杂度O(n),出队时需要将后续的所有元素向前移动,时间复杂度时O(1),那么如何使它的时间复杂度降低到O(1)呢?

  定义rear指针始终向链表中的最后一个元素

入队时将新元素通过rear插入队尾,且将rear指向新元素

  链式队列的关键状态

空队列状态:front == NULL , rear == NULL;

  关键操作

入队:

 rear -> next = node;

 rear =  node;

 node -> next = NULL;

出列:

 front = front -> next;

小结:优化的链式队列定义rear指针向队尾元素提高出列操作的效率。

  但是这样的话,空间利用率不高,所以最后再介绍一种队列:循环队列。为充分利用向量空间,克服”假溢出”现象的方法是:将向量空间想象为一个首尾相接的圆环,如下图:

  《队列及其实现》

  这里需要注意的是,循环队列中,由于入队时尾指针向前追赶头指针;出队时头指针向前追赶尾指针,造成队空和队满时头尾指针均相等。因此,无法通过条件front==rear来判别队列是”空”还是”满”。在C语言中不能够用动态分配的一位数组来实现循环队列,如果用户的应用程序中设有循环队列的话,则必须为它设定一个最长队列长度;若用户无法预估所用队里的最大长度,则应该采用链式队列。具体实现代码如下:

《队列及其实现》《队列及其实现》

 1 #include<stdio.h>
 2 
 3 #include<stdlib.h>
 4 
 5 #define MAXSIZE 50                                    //队列是最大长度
 6 
 7 typedef struct                                        //点实体结构
 8 {  9 
 10     char name[10];  11 
 12     char id[8];  13 
 14     float x,y,z;  15 
 16 }Point;  17 
 18 typedef struct                                        //循环列表结构
 19 {  20 
 21     Point *base;  22 
 23     int front;  24 
 25     int rear;  26 
 27 }SqQueue;  28 
 29 int initQueue(SqQueue *Q);  30 
 31 int isEmpty(SqQueue *Q);  32 
 33 int isFull(SqQueue *Q);  34 
 35 int enQueue(SqQueue *Q,Point e);  36 
 37 int deQueue(SqQueue *Q,Point *e);  38 
 39 int main(void)  40 {  41 
 42     char choice;  43 
 44  Point temp;  45 
 46     SqQueue *Q = (SqQueue *)malloc(sizeof(SqQueue));    //声明队列
 47 
 48     initQueue(Q);                                        //构造队列
 49 
 50     printf("请选择操作:\n"
 51 
 52         "a:入队 b:出队 q:退出\n");  53 
 54     while(scanf("%c", &choice) == 1)  55  {  56         //元素入队
 57 
 58         if(choice == 'a')  59  {  60 
 61             printf("请输入点名:\n");  62 
 63             scanf("%s", &temp.name);  64 
 65             printf("请输入点号:\n");  66 
 67             scanf("%s", &temp.id);  68 
 69             printf("请输入x坐标:\n");  70 
 71             scanf("%f", &temp.x);  72 
 73             printf("请输入y坐标:\n");  74 
 75             scanf("%f", &temp.y);  76 
 77             printf("请输入z坐标:\n");  78 
 79             scanf("%f", &temp.z);  80 
 81             enQueue(Q, temp);                                //插入元素到队尾
 82 
 83             fflush(stdin);                                    //清空输入缓存
 84 
 85             printf("请选择操作:\n"        
 86 
 87                 "a:入队 b:出队 q:退出\n");  88  }  89 
 90         //元素出队
 91         else if(choice == 'b')  92  {  93             //删除失败的情况
 94 
 95             if(deQueue(Q, &temp) == -1)  96 
 97  {  98 
 99                 fflush(stdin);                                    //清空输入缓存
100 
101                 printf("请选择操作:\n"
102 
103                     "a:入队 b:出队 q:退出\n"); 104 
105                 continue; 106 
107  } 108 
109             printf("删除的节点的信息为:\n"
110 
111                 "点名:%s\n"
112 
113                 "点号:%s\n"
114 
115                 "x坐标:%.2f\n"
116 
117                 "y坐标:%.2f\n"
118 
119                 "z坐标:%.2f\n", 120 
121  temp.name, temp.id, temp.x, temp.y, temp.z); 122 
123             fflush(stdin);                                    //清空输入缓存
124 
125             printf("请选择操作:\n"
126 
127                 "a:入队 b:出队 q:退出\n"); 128 
129  } 130 
131         //退出
132 
133         else if(choice == 'q') 134 
135             break; 136 
137         //输入错误
138 
139         else
140 
141  { 142 
143             fflush(stdin);                                    //清空输入缓存
144 
145             printf("输入错误,输入应该为‘a’或‘b’或‘q’!\n"
146 
147                 "请选择操作:\n"
148 
149                 "a:入队 b:出队 q:退出\n"); 150 
151  } 152 
153  } 154 
155     free(Q->base); 156 
157  free(Q); 158 
159     printf("Done!\n"); 160 
161     return 0; 162 
163 } 164 
165 //构造一个空队列
166 
167 int initQueue(SqQueue *Q) 168 
169 { 170 
171     Q->base=(Point *)malloc(MAXSIZE * sizeof(Point)); 172 
173     if(!Q->base) 174 
175  { 176 
177         printf("分配空间错误,初始化失败!\n"); 178 
179         return -1; 180 
181  } 182 
183     Q->front = Q->rear = 0; 184 
185     printf("队列初始化成功!\n"); 186 
187     return 0; 188 
189 } 190 
191 //判断队列是否为空
192 
193 int isEmpty(SqQueue *Q) 194 
195 { 196 
197     if(Q->front == Q->rear) 198 
199         return 1; 200 
201     else 
202 
203         return 0; 204 
205 } 206 
207 //判断队列是否为满
208 
209 int isFull(SqQueue *Q) 210 
211 { 212 
213     if(Q->front == (Q->rear + 1) % MAXSIZE) 214 
215         return 1; 216 
217     else 
218 
219         return 0; 220 
221 } 222 
223 //插入元素e为Q的新队尾元素
224 
225 int enQueue(SqQueue *Q,Point e) 226 { 227 
228     if(isFull(Q)) 229 
230  { 231 
232         printf("队列已满,插入失败!\n"); 233 
234         return -1; 235 
236  } 237 
238 
239 
240     Q->base[Q->rear] = e; 241 
242     Q->rear = (Q->rear + 1) % MAXSIZE; 243 
244     printf("插入成功!\n"); 245 
246     return 0 ; 247 
248 } 249 
250 //删除Q的队头元素,用e返回其值
251 
252 int deQueue(SqQueue *Q,Point *e) 253 
254 { 255 
256     if(isEmpty(Q)) 257 
258  { 259 
260         printf("队列为空,删除失败!\n"); 261 
262         return -1; 263 
264  } 265     *e = Q->base[Q->front]; 266 
267     Q->front = (Q->front + 1) % MAXSIZE; 268 
269     printf("删除成功!\n"); 270 
271     return 0; 272 
273 }       

XHqueue

我用Dev-C++的环境编译之后的结果如下,这里我任意输入了几个例子,以供大家体会:

《队列及其实现》

《队列及其实现》

 

    原文作者:时光漫步LH
    原文地址: https://www.cnblogs.com/lihuidashen/p/4229404.html
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
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