622. 设计循环队列

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题目描述

设计你的循环队列实现。 循环队列是一种线性数据结构,其操作表现基于 FIFO(先进先出)原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。

循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里,一旦一个队列满了,我们就不能插入下一个元素,即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列,我们能使用这些空间去存储新的值。

你的实现应该支持如下操作:

MyCircularQueue(k): 构造器,设置队列长度为 k 。
Front: 从队首获取元素。如果队列为空,返回 -1 。
Rear: 获取队尾元素。如果队列为空,返回 -1 。
enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果成功插入则返回真。
deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。
isEmpty(): 检查循环队列是否为空。
isFull(): 检查循环队列是否已满。

分析

输入:k 作为队列的最大长度 输出:一个实例具备题目要求的队列方法

解题思路

题目要求我们设计一种首尾相连的数据结构,首先想到的是环,因为 JS 没有这种数据结构,所以我们可以用一个数组来存储数据,然后用两个指针 head, tail 来指向队列的头和尾,在每次增加,删除元素的时候改变他的指针就可以了。

对于一个数据结构,最重要的是他的属性。对于这题的循环队列而言,肯定需要一个 queue 属性去存数组,我们的数据都存在这里。

还需要一个属性表示队列当前长度,我把它设为 count,队列的容量 capacipty

最后是指针这部分,我们没必要保存两个 index 去表示头和尾,实际上只需要保存一个 headIndex,尾部的索引完全可以通过计算得出:

tailIndex = (headIndex + count - 1) % capacity

相当于是,让 headIndex 向右移动一些位置,直到到达 tail 的位置,然后如果到队列尾部了,就从头开是再去移动剩下的步数。

维护过多的变量,更容易导致 bug,我们只需要在用到的时候,计算一下就可以了。

我的建议是先写出判断“满”和“空”的方法,因为其他地方也会用到:

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.isEmpty = function () {
  return !this.count;
};

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.isFull = function () {
  return this.count === this.capacity;
};

很简单,观察 countcapacity 是否相等可以判断是否已满。看 count 是否为 0,可以判断是否是空的队列。

然后看增加

/**
 * @param {number} value
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.enQueue = function (value) {
  if (this.isFull()) return false;

  this.queue[(this.headIndex + this.count) % this.capacity] = value;
  this.count++;
  return true;
};

对于向队列里增加一个元素,

首先判断是否为满,如果是的话直接 return false

然后是通过计算找到 tailIndex

最后在这个 index 的数组位置设置 valuereturn true 我们就增加了元素。

对于删除:

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.deQueue = function () {
  if (this.isEmpty()) return false;

  this.queue[this.headIndex] = undefined;
  this.count--;
  this.headIndex = (this.headIndex + 1) % this.capacity;
  return true;
};

首先要判断是否为空

然后让 headIndexundefined,也就是删除元素

减小 count,队列当前长度

headIndex 向后移动一位,因为要考虑到 headIndex 已经到达数组尾部的情况,所以让 headIndex + 1 取容量的模

最后 return true

对于找头尾,不再赘述

代码

/**
 * @param {number} k
 */
var MyCircularQueue = function (k) {
  this.queue = [];
  this.headIndex = 0;
  this.count = 0;
  this.capacity = k;
};

/**
 * @param {number} value
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.enQueue = function (value) {
  if (this.isFull()) return false;

  this.queue[(this.headIndex + this.count) % this.capacity] = value;
  this.count++;
  return true;
};

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.deQueue = function () {
  if (this.isEmpty()) return false;

  this.queue[this.headIndex] = undefined;
  this.count--;
  this.headIndex = (this.headIndex + 1) % this.capacity;
  return true;
};

/**
 * @return {number}
 */
MyCircularQueue.prototype.Front = function () {
  if (this.isEmpty()) return -1;

  return this.queue[this.headIndex];
};

/**
 * @return {number}
 */
MyCircularQueue.prototype.Rear = function () {
  if (this.isEmpty()) return -1;

  return this.queue[(this.headIndex + this.count - 1) % this.capacity];
};

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.isEmpty = function () {
  return !this.count;
};

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.isFull = function () {
  return this.count === this.capacity;
};

/**
 * Your MyCircularQueue object will be instantiated and called as such:
 * var obj = new MyCircularQueue(k)
 * var param_1 = obj.enQueue(value)
 * var param_2 = obj.deQueue()
 * var param_3 = obj.Front()
 * var param_4 = obj.Rear()
 * var param_5 = obj.isEmpty()
 * var param_6 = obj.isFull()
 */

复杂度

时间:O(1),所有操作都是常量级别的复杂度
空间:O(N),需要用数组存储所有数据