目录

一、概念

二、队列

2.1队列的概念、

2.1单链表模拟实现队列

2.2双链表模拟实现队列

2.3队列的使用

2.4循环队列

 2.4.1设计环形队列

三、双端队列

四、面试题

4.1用队列实现栈

4.2栈实现队列

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一、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(FirstIn First Out)

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）

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二、队列

2.1队列的概念

在Java中，Queue是个接口，底层是通过链表实现的。

 注意：Queue是个接口，在实例化时必须实例化LinkedList的对象，因为LinkedList实现Queue接口。

2.1单链表模拟实现队列

public class MyQueue {
    static class ListNode{
        private int value;
        private ListNode next;
        public ListNode(int val){
            this.value=value;
        }
    }
    public ListNode head;
    public ListNode last;
    public int usedSize;
    public void offer(int val){
        ListNode node=new ListNode(val);
        if(head==null){
            head=node;
            last=node;
        }
        else{
            last.next=node;
            last=last.next;
        }
    }
    public int poll(){
        if(head==null){
            return -1;
        }
        int val=-1;
        if(head.next==null){
            val=head.value;
            head=null;
            last=null;
            return val;
        }
        val=head.value;
        head=head.next;
        usedSize--;
        return val;
    }
    public int peek(){
        if(head==null){
            return -1;
        }
        return head.value;
    }
}

2.2双链表模拟实现队列

public class Queue {
    // 双向链表节点
    public static class ListNode{
        ListNode next;
        ListNode prev;
        int value;
        ListNode(int value){
            this.value = value;
        }
    }
    ListNode first; // 队头
    ListNode last; // 队尾
    int size = 0;
    // 入队列---向双向链表位置插入新节点
    public void offer(int e){
        ListNode newNode = new ListNode(e);
        if(first == null){
            first = newNode;
// last = newNode;
        }else{
            last.next = newNode;
            newNode.prev = last;
// last = newNode;
        }
        last = newNode;
        size++;
    }
    // 出队列---将双向链表第一个节点删除掉
    public int poll(){
// 1. 队列为空
// 2. 队列中只有一个元素----链表中只有一个节点---直接删除
// 3. 队列中有多个元素---链表中有多个节点----将第一个节点删除
        int value = 0;
        if(first == null){
            return -1;
        }else if(first == last){
            last = null;
            first = null;
        }else{
            value = first.value;
            first = first.next;
            first.prev.next = null;
            first.prev = null;
        }
        --size;
        return value;
    }
    // 获取队头元素---获取链表中第一个节点的值域
    public int peek(){
        if(first == null){
            return -1;
        }
        return first.value;
    }
    public int size() {
        return size;
    }
    public boolean isEmpty(){
        return first == null;
    }
}

2.3队列的使用

public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> q = new LinkedList<>();
        q.offer(1);
        q.offer(2);
        q.offer(3);
        q.offer(4);
        q.offer(5); // 从队尾入队列
        System.out.println(q.size());
        System.out.println(q.peek()); // 获取队头元素
        q.poll();
        System.out.println(q.poll()); // 从队头出队列，并将删除的元素返回
        if(q.isEmpty()){
            System.out.println("队列空");
        }else{
            System.out.println(q.size());
        }
    }

2.4循环队列

实际中我们有时还会使用一种队列叫循环队列。如操作系统课程讲解生产者消费者模型时可以就会使用循环队列。环形队列通常使用数组实现。

 力扣链接：环形队列

 2.4.1设计环形队列

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。

示例：

• MyCircularQueue circularQueue = new MyCircularQueue(3); // 设置长度为 3
• circularQueue.enQueue(1);  // 返回 true
• circularQueue.enQueue(2);  // 返回 true
• circularQueue.enQueue(3);  // 返回 true
• circularQueue.enQueue(4);  // 返回 false，队列已满
• circularQueue.Rear();  // 返回 3
• circularQueue.isFull();  // 返回 true
• circularQueue.deQueue();  // 返回 true
• circularQueue.enQueue(4);  // 返回 true
• circularQueue.Rear();  // 返回 4

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。

class MyCircularQueue {
    private int[] elem;
    private int rear;//队尾
    private int front;//对头

    public MyCircularQueue(int k) {
        this.elem=new int[k+1];
    }
    
    public boolean enQueue(int value) {
        if(isFull()){
            return false;
        }
        elem[rear]=value;
        rear=(rear+1)%elem.length;
        return true;
    }
    
    public boolean deQueue() {
        if(isEmpty()){
            return false;
        }
        front=(front+1)%elem.length;
        return true;
    }
    //得到队头元素
    public int Front() {
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
        return elem[front];
    }
    
    public int Rear() {
        if(isEmpty()){
            return -1;
        }
         int index = (rear == 0) ? elem.length-1 : rear-1;
        return elem[index];
    }
    
    public boolean isEmpty() {
        return rear==front;
    }
    
    public boolean isFull() {
        return (rear+1)%elem.length==front;
    }
}

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三、双端队列

双端队列（deque）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。那就说明元素可以从队头出队和入队，也可以从队尾出队和入队。

 Deque是一个接口，使用时必须创建LinkedList的对象。

 在实际工程中，使用Deque接口是比较多的，栈和队列均可以使用该接口。

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

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四、面试题

4.1用队列实现栈

：队列实现栈

请你仅使用两个队列实现一个后入先出（LIFO）的栈，并支持普通栈的全部四种操作（push、top、pop 和 empty）。

实现 MyStack 类：

• void push(int x) 将元素 x 压入栈顶。
• int pop() 移除并返回栈顶元素。
• int top() 返回栈顶元素。
• boolean empty() 如果栈是空的，返回 true ；否则，返回 false 。

注意：

你只能使用队列的基本操作 —— 也就是 push to back、peek/pop from front、size 和 is empty 这些操作。
你所使用的语言也许不支持队列。 你可以使用 list （列表）或者 deque（双端队列）来模拟一个队列 , 只要是标准的队列操作即可。

public class MyStack {
    private int[] elem;
    private int usedSize;

    public MyStack() {
        this.elem = new int[5];
    }

    //压栈
    public void push(int val) {
        if(isFull()) {
           elem = Arrays.copyOf(elem,2*elem.length);
        }
        elem[usedSize] = val;
        usedSize++;
    }

    public boolean isFull() {
        return usedSize == elem.length;
    }


    //出栈
    public int pop() {
        //1、判断栈不为空
        if(empty()) {
            //抛出异常！！
            throw new StackEmptyException("栈为空！");
        }
        //2、开始删除
        return elem[--usedSize];
    }

    //获取栈顶元素
    public int peek() {
        //1、判断栈不为空
        if(empty()) {
            //抛出异常！！
            throw new StackEmptyException("栈为空！");
        }
        //2、开始删除
        return elem[usedSize-1];
    }

    public boolean empty() {
        return usedSize == 0;
    }
}

4.2栈实现队列

：栈实现队列

请你仅使用两个栈实现先入先出队列。队列应当支持一般队列支持的所有操作（push、pop、peek、empty）：

实现 MyQueue 类：

• void push(int x) 将元素 x 推到队列的末尾
• int pop() 从队列的开头移除并返回元素
• int peek() 返回队列开头的元素
• boolean empty() 如果队列为空，返回 true ；否则，返回 false

说明：

你 只能 使用标准的栈操作 —— 也就是只有 push to top, peek/pop from top, size, 和 is empty 操作是合法的。
你所使用的语言也许不支持栈。你可以使用 list 或者 deque（双端队列）来模拟一个栈，只要是标准的栈操作即可。

 

import java.util.Stack;

class MyQueue {

    private Stack<Integer> s1;
    private Stack<Integer> s2;

    public MyQueue() {
        s1 = new Stack<>();
        s2 = new Stack<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        s1.push(x);
    }
    
    public int pop() {
        if(!s2.empty()) {
            return s2.pop();
        }else {
            while(!s1.empty()) {
                int val = s1.pop();
                s2.push(val);
            }
            return s2.pop();
        }
    }
    
    public int peek() {
        if(!s2.empty()) {
            return s2.peek();
        }else {
            while(!s1.empty()) {
                int val = s1.pop();
                s2.push(val);
            }
            return s2.peek();
        }
    }
    
    public boolean empty() {
        return s1.empty() && s2.empty();
    }
}