把简单的事情做得优雅与高效——设计循环双端队列算法

循环双端队列的实现算法如下：

步骤1：定义循环双端队列结构

class CircularDeque {
    int size;
    int front;
    int rear;
    int[] items;

    public CircularDeque(int capacity) {
        size = capacity;
        front = -1;
        rear = -1;
        items = new int[size];
    }
};

步骤2：判断队列是否为空

public boolean isEmpty() {
    return front == -1;
}

步骤3：判断队列是否已满

public boolean isFull() {
    return (front == 0 && rear == size - 1) || (rear == (front - 1) % (size - 1));
}

步骤4：将元素添加到队列头部

public void insertFront(int data) {
    if (isFull()) {
        System.out.println("Queue is full");
        return;
    }

    if (front == -1) {
        front = 0;
        rear = 0;
    } else if (front == 0) {
        front = size - 1;
    } else {
        front--;
    }

    items[front] = data;
}

步骤5：将元素添加到队列尾部

public void insertRear(int data) {
    if (isFull()) {
        System.out.println("Queue is full");
        return;
    }

    if (front == -1) {
        front = 0;
        rear = 0;
    } else if (rear == size - 1) {
        rear = 0;
    } else {
        rear++;
    }

    items[rear] = data;
}

步骤6：从队列头部删除元素

public int deleteFront() {
    if (isEmpty()) {
        System.out.println("Queue is empty");
        return -1;
    }

    int data = items[front];

    if (front == rear) {
        front = -1;
        rear = -1;
    } else if (front == size - 1) {
        front = 0;
    } else {
        front++;
    }

    return data;
}

步骤7：从队列尾部删除元素

public int deleteRear() {
    if (isEmpty()) {
        System.out.println("Queue is empty");
        return -1;
    }

    int data = items[rear];

    if (front == rear) {
        front = -1;
        rear = -1;
    } else if (rear == 0) {
        rear = size - 1;
    } else {
        rear--;
    }

    return data;
}

步骤8：获取队列头部元素

public int getFront() {
    if (isEmpty()) {
        System.out.println("Queue is empty");
        return -1;
    }

    return items[front];
}

步骤9：获取队列尾部元素

public int getRear() {
    if (isEmpty()) {
        System.out.println("Queue is empty");
        return -1;
    }

    return items[rear];
}

循环双端队列具有广泛的应用场景，例如：

• 浏览器缓存：浏览器使用循环双端队列来缓存最近访问过的网页。
• 操作系统调度：操作系统使用循环双端队列来调度进程。
• 网络路由：网络路由器使用循环双端队列来存储路由表。
• 多任务处理：多任务操作系统使用循环双端队列来存储正在运行的任务。

循环双端队列是一种简单但功能强大的数据结构，它可以在多种场景中发挥作用。通过理解其算法实现，我们能够更好地理解计算机科学的基础知识，并将其应用到实际问题中。