实现调车场算法的Java程序

调车场算法（也称为铁路站场问题）是一个经典的数据结构问题，旨在对铁路车辆进行优化管理。该问题可以用栈和队列数据结构来解决，可以实现高效的车辆调度和管理。

核心思路

调车场算法的核心思路是，使用栈（代表出站的车辆）和队列（代表入站的车辆）来管理车辆的进出。入栈和入队的规则如下：

1. 如果当前需要入站的车辆编号比栈顶车辆的编号小，则直接入栈；
2. 如果当前需要入站的车辆编号比栈顶车辆的编号大，则需要将栈顶车辆出栈，并将其加入到队列中，再比较当前车辆编号和新的栈顶车辆编号，直到找到可以直接入栈的位置。

出栈的规则如下：

1. 如果栈顶车辆的编号等于目标编号，则将其出栈，并输出命令“out”；
2. 如果栈顶车辆的编号小于目标编号，则将其出栈，并将其加入到队列中；
3. 如果栈顶车辆的编号大于目标编号，则无法出栈，将退出循环。

代码实现

下面是使用Java实现调车场算法的核心代码：

import java.io.*;
import java.util.*;

public class TrainYard {
    private int N;   // 调车场容量
    private Stack<Integer> yard;  // 栈
    private Queue<Integer> input; // 队列
    private Queue<Integer> output;// 记录出栈顺序的队列
    private int[] sequence; // 入站序列
    private int in;  // 当前入站位置
    private PrintWriter pw; // 输出的PrintWriter对象

    // 构造方法
    public TrainYard(int n, int[] seq, PrintWriter pw) {
        this.N = n;
        this.yard = new Stack<>();
        this.input = new LinkedList<>();
        this.output = new LinkedList<>();
        this.sequence = seq;
        this.in = 0;
        this.pw = pw;
    }

    // 入站操作
    public void input() {
        while (in < sequence.length) {
            if (yard.isEmpty() || sequence[in] < yard.peek()) {
                yard.push(sequence[in]);
                input.offer(sequence[in]);
                in++;
            } else {
                output.offer(yard.pop());
            }
            if (yard.size() > N) { // 判断调车场容量是否超过
                pw.println("NO");
                return;
            }
        }
        while (!yard.isEmpty()) {
            output.offer(yard.pop());
        }
    }

    // 出站操作
    public boolean output() {
        int nextOut = output.poll();
        if (yard.isEmpty() || yard.peek() != nextOut) {
            while (!input.isEmpty() && input.peek() != nextOut) {
                yard.push(input.poll());
            }
            if (input.isEmpty()) {
                return false;
            } else {
                input.poll();
                pw.println("out");
                return true;
            }
        } else {
            yard.pop();
            pw.println("out");
            return true;
        }
    }

    // 调度操作
    public void schedule() {
        input();
        while (!output.isEmpty()) {
            if (!output()) {
                pw.println("NO");
                return;
            }
        }
        pw.println("YES");
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Scanner sc = new Scanner(new File("input.txt"));
        PrintWriter pw = new PrintWriter(new FileWriter("output.txt"));

        int t = sc.nextInt();
        while (t-- > 0) {
            int n = sc.nextInt();
            int[] seq = new int[n];
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                seq[i] = sc.nextInt();
            }
            TrainYard ty = new TrainYard(n, seq, pw);
            ty.schedule();
        }

        sc.close();
        pw.close();
    }
}

代码中使用了Java的Stack和Queue数据结构，以及PrintWriter和Scanner对象。核心思路的实现在input()和output()方法中，分别对应入站和出站操作。最终的调度操作由schedule()方法实现。

测试数据从文件读入，输出结果写入文件。完整的测试数据分别保存在input.txt文件和output.txt文件中。

总结

调车场算法是一个非常有趣的数据结构问题，可以通过栈和队列的嵌套操作来实现快速的车辆调度。在实现过程中，需要考虑一些边界条件，如调车场容量的约束等。我们可以使用Java的Stack和Queue等数据结构，将代码实现起来非常简单。