数据结构 | 队列 | 问题2

简介

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，可以想象成排队购物时的队列，先进入队列的物品先出队列，后进入队列的物品后出队列。队列有两个主要操作：入队和出队。入队将一个元素添加到队列的末尾，而出队则移除队列的第一个元素。

问题2是关于队列的一个经典问题。问题2要求我们设计一个循环队列并实现它的几个操作：入队、出队、判断队列是否为空、判断队列是否已满。

设计

循环队列是一种通过数组实现的队列，通过维护队列的头尾指针来实现循环。在循环队列中，队列的尾部在达到数组的末尾时会从数组头部开始，这样就可以节约数组的空间并达到循环的效果。

我们需要定义一个队列的数据结构，其中包含一个数组和队列的头尾指针。我们还需要定义队列的容量，以便在入队时判断队列是否已满。在循环队列中，队列满的条件是“尾指针+1等于头指针”。

实现

下面是循环队列的基本操作的实现：

• 入队：首先判断队列是否已满，如果是则返回错误；否则将元素添加到队列的末尾，并将尾指针指向下一个位置。
• 出队：首先判断队列是否为空，如果是则返回错误；否则将队列的第一个元素弹出，并将头指针指向下一个位置。
• 判断队列是否为空：队列为空的条件是“头指针等于尾指针”。
• 判断队列是否已满：队列满的条件是“尾指针+1等于头指针”。

下面是具体的实现代码：

class MyCircularQueue:

    def __init__(self, k: int):
        self.queue = [0] * k
        self.head = 0
        self.tail = 0
        self.size = k

    def enQueue(self, value: int) -> bool:
        if self.isFull():
            return False
        self.queue[self.tail] = value
        self.tail = (self.tail + 1) % self.size
        return True

    def deQueue(self) -> bool:
        if self.isEmpty():
            return False
        self.head = (self.head + 1) % self.size
        return True

    def Front(self) -> int:
        if self.isEmpty():
            return -1
        return self.queue[self.head]

    def Rear(self) -> int:
        if self.isEmpty():
            return -1
        return self.queue[self.tail - 1]

    def isEmpty(self) -> bool:
        return self.head == self.tail

    def isFull(self) -> bool:
        return (self.tail + 1) % self.size == self.head

总结

循环队列是一种常用的数据结构，可以在有限的空间内实现队列的功能。本文介绍了循环队列的设计和实现，并给出了Python实现代码。在实际编程中应该充分考虑队列的边界条件，避免出现越界等错误。