python-數(shù)據(jù)結構 循環(huán)隊列的實現(xiàn) 設計循環(huán)隊列

1.設計你的循環(huán)隊列

Leet Code 原題鏈接
Leet Code 原題動畫演示視頻
設計你的循環(huán)隊列實現(xiàn)。 循環(huán)隊列是一種線性數(shù)據(jù)結構,其操作表現(xiàn)基于 FIFO(先進先出)原則并且隊尾被連接在隊首之后以形成一個循環(huán)。它也被稱為“環(huán)形緩沖器”。

循環(huán)隊列的一個好處是我們可以利用這個隊列之前用過的空間。在一個普通隊列里,一旦一個隊列滿了,我們就不能插入下一個元素,即使在隊列前面仍有空間。但是使用循環(huán)隊列,我們能使用這些空間去存儲新的值。

你的實現(xiàn)應該支持如下操作:

  • MyCircularQueue(k): 構造器,設置隊列長度為 k 。
  • Front: 從隊首獲取元素。如果隊列為空,返回 -1 。
  • Rear: 獲取隊尾元素。如果隊列為空,返回 -1 。
  • enQueue(value): 向循環(huán)隊列插入一個元素。如果成功插入則返回真。
  • deQueue(): 從循環(huán)隊列中刪除一個元素。如果成功刪除則返回真。
  • isEmpty(): 檢查循環(huán)隊列是否為空。
  • isFull(): 檢查循環(huán)隊列是否已滿。

Design your implementation of the circular queue. The circular queue is a linear data structure in which the operations are performed based on FIFO (First In First Out) principle and the last position is connected back to the first position to make a circle. It is also called "Ring Buffer".

One of the benefits of the circular queue is that we can make use of the spaces in front of the queue. In a normal queue, once the queue becomes full, we cannot insert the next element even if there is a space in front of the queue. But using the circular queue, we can use the space to store new values.

Your implementation should support the following operations:

  • MyCircularQueue(k): Constructor, set the size of the queue to be k.
  • Front: Get the front item from the queue. If the queue is empty, return -1.
  • Rear: Get the last item from the queue. If the queue is empty, return -1.
  • enQueue(value): Insert an element into the circular queue. Return true if the operation is successful.
  • deQueue(): Delete an element from the circular queue. Return true if the operation is successful.
  • isEmpty(): Checks whether the circular queue is empty or not.
  • isFull(): Checks whether the circular queue is full or not.

2.我的思路

我們仔細研究一下Leet Code 原題動畫演示視頻這一個視頻,發(fā)現(xiàn)來判斷隊空和隊滿的條件。假定我們有兩個指針,分別為頭指針head和尾指針tail。

  • 從視頻中可以看出假定head為-1且tail為-1的時候,是一個隊空的條件。
  • head==tail的時候,整個隊列就只剩下一個element.
  • (tail+1) % max_length 等于 head的時候,代表隊滿。
    理解這三個條件后,我們可以寫出如下代碼。
class MyCircularQueue(object):

    def __init__(self, k):
        """
        Initialize your data structure here. Set the size of the queue to be k.
        :type k: int
        """
        self.queue = [""] * k
        self.max_length = k
        self.head = -1
        self.tail = -1

    def enQueue(self, value):
        """
        Insert an element into the circular queue. Return true if the operation is successful.
        :type value: int
        :rtype: bool
        """

        if not self.isFull():
            if self.head == -1:
                self.head = 0
            self.tail = (self.tail + 1) % self.max_length  # 移動tail指針位置
            self.queue[self.tail] = value  # 將值插入
            return True
        else:
            return False

    def deQueue(self):
        """
        Delete an element from the circular queue. Return true if the operation is successful.
        :rtype: bool
        """
        if not self.isEmpty():
            if self.head == self.tail:  # the last element,we will delete tha last element
                self.head, self.tail = -1, -1  # 標記這個隊列為一個空隊列
            else:
                # 移動head指針位置,刪除這個節(jié)點只需要移動head就行
                self.head = (self.head + 1) % self.max_length  
            return True
        else:
            return False

    def Front(self):
        """
        Get the front item from the queue.
        :rtype: int
        """
        return -1 if self.isEmpty() else self.queue[self.head]

    def Rear(self):
        """
        Get the last item from the queue.
        :rtype: int
        """
        return -1 if self.isEmpty() else self.queue[self.tail]

    def isEmpty(self):
        """
        Checks whether the circular queue is empty or not.
        :rtype: bool
        """
        return self.head == -1 and self.tail == -1  # 隊空條件

    def isFull(self):
        """
        Checks whether the circular queue is full or not.
        :rtype: bool
        """
        return (self.tail + 1) % self.max_length == self.head  # 如果成立,則代表隊滿

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