彻底解析循环队列：从定义到实现的全面指南

前端

2023-10-30 03:21:50

在计算机科学中，循环队列是一种先进先出 (FIFO) 数据结构，其底层采用数组实现。与线性队列不同，循环队列利用数组的环形特性，即使队列满时也可以继续插入元素，从而有效避免了队列溢出问题。

理解循环队列的定义和关键元素

循环队列的定义为：一个具有固定大小的数组，其中两个指针（队头和队尾）用于跟踪队列的开头和结尾。队头始终指向队列中的第一个元素，而队尾指向最后一个元素的下一个位置。值得注意的是，循环队列通常会预留一个空位，以区分队头和队尾。

循环队列的优点和缺点

优点：

循环利用数组，有效避免队列溢出。
实现简单，操作高效。
具有良好的时间复杂度，入队和出队操作均为 O(1)。

缺点：

队列大小固定，不可动态调整。
预留空位可能会浪费空间。

循环队列的实现

循环队列可以通过数组和两个指针（队头和队尾）来实现。队头指针指向队列的开头，队尾指针指向队列的结尾。为了避免队尾指针在指向最后一个元素之后越界，通常会采用取模操作。

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

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

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