巧用数组，循环队列进阶指南

前端

2024-02-21 06:32:21

循环队列简介

循环队列是一种先进先出的线性数据结构，它与普通队列的不同之处在于队尾连接在队首之后，形成一个环形结构。这种结构允许我们在队列已满的情况下继续添加元素，而不会丢失现有元素。

数组实现

循环队列可以用数组来实现。我们将数组看成一个环形结构，队首和队尾指针分别指向队列的第一个和最后一个元素。当队尾指针到达数组末尾时，它将重新指向数组开头，以此类推。

时间复杂度和空间复杂度

循环队列的平均时间复杂度为O(1)，因为添加和删除元素只需要常数时间。空间复杂度也为O(n)，其中n是队列的最大容量。

Python代码示例

class CircularQueue:
    def __init__(self, capacity):
        self.capacity = capacity
        self.queue = [None] * capacity
        self.head = 0
        self.tail = 0

    def enqueue(self, item):
        if (self.tail + 1) % self.capacity == self.head:
            raise IndexError("Queue is full")
        self.queue[self.tail] = item
        self.tail = (self.tail + 1) % self.capacity

    def dequeue(self):
        if self.head == self.tail:
            raise IndexError("Queue is empty")
        item = self.queue[self.head]
        self.head = (self.head + 1) % self.capacity
        return item

    def is_empty(self):
        return self.head == self.tail

    def is_full(self):
        return (self.tail + 1) % self.capacity == self.head

    def __len__(self):
        return (self.tail - self.head + self.capacity) % self.capacity


if __name__ == "__main__":
    queue = CircularQueue(5)
    queue.enqueue(1)
    queue.enqueue(2)
    queue.enqueue(3)
    queue.enqueue(4)
    queue.enqueue(5)

    print(queue.dequeue())  # 1
    print(queue.dequeue())  # 2
    print(queue.dequeue())  # 3

    queue.enqueue(6)
    queue.enqueue(7)

    print(queue.dequeue())  # 4
    print(queue.dequeue())  # 5
    print(queue.dequeue())  # 6
    print(queue.dequeue())  # 7

    print(queue.is_empty())  # True