零基础学数据结构队列

数据结构-队列基本运算的实现及其应用篇一数据结构-队列基本运算的实现及其应用一、队列的基本概念队列是一种特殊的数据结构，它遵循先进先出（FIFO）的原则，即先进入队列的元素先出队列。

在队列中，新元素被添加到队列的末尾，而删除操作总是发生在队列的开头。

队列常用于解决各种问题，如处理事件、任务调度、缓冲处理等。

二、队列的基本操作队列的基本操作包括入队（enqueue）、出队（dequeue）、查看队首元素（peek）和判断队列是否为空。

入队操作：向队列的末尾添加一个新元素。

这个操作的时间复杂度通常为O(1)，可以通过在队列的末尾添加元素来实现。

出队操作：删除队列开头的元素并返回它。

这个操作的时间复杂度通常为O(1)，可以通过移除队列开头的元素来实现。

查看队首元素：返回队列开头的元素但不删除它。

这个操作的时间复杂度通常为O(1)，可以通过返回队列开头的元素来实现。

判断队列是否为空：检查队列是否包含任何元素。

这个操作的时间复杂度通常为O(1)，可以通过比较队列的长度和0来实现。

三、队列的实现队列可以通过不同的数据结构来实现，如数组、链表和循环列表等。

在这里，我们将介绍使用数组和链表来实现队列的基本操作。

使用数组实现队列使用数组实现队列时，我们需要保留一个空间来跟踪队列的开头和结尾。

通常，我们使用两个指针，一个指向队列的开头，另一个指向队列的结尾。

当我们在队列中添加一个新元素时，我们将它添加到结尾指针所指向的位置，并将结尾指针向后移动一位。

当我们要删除一个元素时，我们只需将开头指针向后移动一位并返回该位置的元素即可。

使用链表实现队列使用链表实现队列时，我们通常使用一个头指针指向队首元素，一个尾指针指向队尾元素的下一个位置。

入队操作时，我们在尾指针的位置创建一个新节点，并将尾指针移动到下一个位置。

出队操作时，我们只需删除头指针指向的节点，并将头指针移动到下一个位置。

四、队列的应用队列在计算机科学中有着广泛的应用，下面列举几个常见的例子：事件处理：在多线程编程中，队列经常用于事件驱动的系统来传递事件或消息。

队列数据结构课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。

知识目标要求学生掌握队列的基本概念、特点和应用；技能目标要求学生能够运用队列解决实际问题，并理解队列的运算；情感态度价值观目标要求学生培养良好的学习习惯和团队合作精神。

通过本课程的学习，学生将能够了解并掌握队列的基本概念和特点，包括先进先出（FIFO）的性质。

他们将能够应用队列解决实际问题，如数据同步、任务调度等。

此外，学生将培养良好的学习习惯，学会团队合作，提高解决问题的能力。

二、教学内容本课程的教学内容将根据课程目标进行选择和，确保内容的科学性和系统性。

教学大纲将明确教学内容的安排和进度，指出教材的章节和列举内容。

教材的章节将包括队列的基本概念、特点和应用。

具体内容将涵盖队列的定义、队列的运算（入队、出队）、队列的应用场景等。

此外，还将通过实例和案例分析，让学生更好地理解和应用队列。

三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，将采用多种教学方法。

讲授法将用于解释和阐述队列的基本概念和特点。

讨论法将鼓励学生积极参与，提出问题和观点，促进课堂互动。

案例分析法将通过实际案例的分析和解决，让学生更好地理解队列的应用。

实验法将提供实践机会，让学生通过编写代码和运行实验，深入理解队列的运算和应用。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，将选择和准备适当的教学资源。

教材将提供基础知识，参考书将提供更深入的内容和实例。

多媒体资料将通过图像、视频等形式，丰富学生的学习体验。

实验设备将提供实践机会，让学生亲自操作和观察队列的运算。

以上是本章节的课程设计，通过明确的教学目标、科学的教学内容、多样化的教学方法和适当的教学资源，旨在帮助学生全面掌握队列的知识和技能。

五、教学评估为了全面反映学生的学习成果，本课程将采用多种评估方式。

平时表现将占总分的30%，包括课堂参与度、提问和回答问题的情况等。

作业将占总分的20%，包括练习题、小项目和报告等。

数据结构--栈和队列基础知识⼀概述栈和队列，严格意义上来说，也属于线性表，因为它们也都⽤于存储逻辑关系为 "⼀对⼀" 的数据，但由于它们⽐较特殊，因此将其单独作为⼀篇⽂章，做重点讲解。

既然栈和队列都属于线性表，根据线性表分为顺序表和链表的特点，栈也可分为顺序栈和链表，队列也分为顺序队列和链队列，这些内容都会在本章做详细讲解。

使⽤栈结构存储数据，讲究“先进后出”，即最先进栈的数据，最后出栈；使⽤队列存储数据，讲究 "先进先出"，即最先进队列的数据，也最先出队列。

⼆栈2.1 栈的基本概念同顺序表和链表⼀样，栈也是⽤来存储逻辑关系为 "⼀对⼀" 数据的线性存储结构，如下图所⽰。

从上图我们看到，栈存储结构与之前所了解的线性存储结构有所差异，这缘于栈对数据 "存" 和 "取" 的过程有特殊的要求：1. 栈只能从表的⼀端存取数据，另⼀端是封闭的；2. 在栈中，⽆论是存数据还是取数据，都必须遵循"先进后出"的原则，即最先进栈的元素最后出栈。

拿图 1 的栈来说，从图中数据的存储状态可判断出，元素 1 是最先进的栈。

因此，当需要从栈中取出元素 1 时，根据"先进后出"的原则，需提前将元素 3 和元素 2 从栈中取出，然后才能成功取出元素 1。

因此，我们可以给栈下⼀个定义，即栈是⼀种只能从表的⼀端存取数据且遵循 "先进后出" 原则的线性存储结构。

通常，栈的开⼝端被称为栈顶；相应地，封⼝端被称为栈底。

因此，栈顶元素指的就是距离栈顶最近的元素，拿下图中的栈顶元素为元素 4；同理，栈底元素指的是位于栈最底部的元素，下中的栈底元素为元素 1。

2.2 进栈和出栈基于栈结构的特点，在实际应⽤中，通常只会对栈执⾏以下两种操作：向栈中添加元素，此过程被称为"进栈"（⼊栈或压栈）；从栈中提取出指定元素，此过程被称为"出栈"（或弹栈）；2.3 栈的具体实现栈是⼀种 "特殊" 的线性存储结构，因此栈的具体实现有以下两种⽅式：1. 顺序栈：采⽤顺序存储结构可以模拟栈存储数据的特点，从⽽实现栈存储结构。

queue的数据结构在计算机科学中，队列是最常见的数据结构之一。

队列是一种线性数据结构，使用先进先出的规则，即最先进入队列的元素将最先从队列中取出来。

在队列中，元素只能在队尾添加，只能从队头移除。

下面是围绕“队列的数据结构”分讲队列的相关知识。

1. 队列的定义队列是一种抽象数据类型，用于保存按照特定顺序排列的元素。

它是一种线性的、连续的、存储有序的数据结构，具有先进先出（FIFO）的特点。

2. 队列的操作队列的主要操作包括入队和出队。

入队操作：将元素添加到队列的末尾。

出队操作：从队列的头部删除一个元素并返回其值。

除此之外，队列还有其他一些常用的操作，如：队列初始化操作：用于创建一个空的队列。

队列长度操作：用于获取队列中元素的数量。

队列查找操作：用于查找队列中是否存在某个元素。

队列清空操作：用于清空队列中存储的所有元素。

3. 队列的应用队列在计算机科学中有着广泛的应用。

它经常用于实现异步任务处理、消息队列、多线程任务调度等场景。

在异步任务处理中，任务会被添加到队列中，异步任务处理程序会从队列中依次取出任务并执行。

这样可以使任务处理更高效，减少了重复的等待时间。

在消息队列中，队列用于保存需要传递的信息。

当消息到达队列的头部，消费者程序将该消息从队列中读取并处理。

在多线程任务调度中，队列用于保存需要执行的任务。

任务分发程序会将任务添加到队列中，线程池中的线程会从队列中获取任务并执行。

4. 队列的实现队列可以使用数组或链表实现。

使用数组实现队列时，需要维护两个指针，分别指向队列的头部和尾部。

使用链表实现队列时，每个元素都包含一个指向下一个元素的指针。

无论使用数组还是链表实现队列，都需要保证队列元素的顺序，以便快速执行出队操作。

同时，还需要注意到队列的空间限制，避免在添加元素时队列溢出。

5. 队列的效率队列的效率取决于其实现方式。

在数组实现中，入队和出队操作的时间复杂度为O(1)；在链表实现中，入队和出队操作的时间复杂度也是O(1)。

数据结构（⼀）——线性表、栈和队列数据结构是编程的起点，理解数据结构可以从三⽅⾯⼊⼿：1. 逻辑结构。

逻辑结构是指数据元素之间的逻辑关系，可分为线性结构和⾮线性结构，线性表是典型的线性结构，⾮线性结构包括集合、树和图。

2. 存储结构。

存储结构是指数据在计算机中的物理表⽰，可分为顺序存储、链式存储、索引存储和散列存储。

数组是典型的顺序存储结构；链表采⽤链式存储；索引存储的优点是检索速度快，但需要增加附加的索引表，会占⽤较多的存储空间；散列存储使得检索、增加和删除结点的操作都很快，缺点是解决散列冲突会增加时间和空间开销。

3. 数据运算。

施加在数据上的运算包括运算的定义和实现。

运算的定义是针对逻辑结构的，指出运算的功能；运算的实现是针对存储结构的，指出运算的具体操作步骤。

因此，本章将以逻辑结构（线性表、树、散列、优先队列和图）为纵轴，以存储结构和运算为横轴，分析常见数据结构的定义和实现。

在Java中谈到数据结构时，⾸先想到的便是下⾯这张Java集合框架图：从图中可以看出，Java集合类⼤致可分为List、Set、Queue和Map四种体系，其中：List代表有序、重复的集合；Set代表⽆序、不可重复的集合；Queue代表⼀种队列集合实现；Map代表具有映射关系的集合。

在实现上，List、Set和Queue均继承⾃Collection，因此，Java集合框架主要由Collection和Map两个根接⼝及其⼦接⼝、实现类组成。

本⽂将重点探讨线性表的定义和实现，⾸先梳理Collection接⼝及其⼦接⼝的关系，其次从存储结构（顺序表和链表）维度分析线性表的实现，最后通过线性表结构导出栈、队列的模型与实现原理。

主要内容如下：1. Iterator、Collection及List接⼝2. ArrayList / LinkedList实现原理3. Stack / Queue模型与实现⼀、Iterator、Collection及List接⼝Collection接⼝是List、Set和Queue的根接⼝，抽象了集合类所能提供的公共⽅法，包含size()、isEmpty()、add(E e)、remove(Object o)、contains(Object o)等，iterator()返回集合类迭代器。