Queue · 数据结构与算法/leetcode/lintcode题解

# Queue - 队列 Queue 是一个 FIFO（先进先出）的数据结构，并发中使用较多，可以安全地将对象从一个任务传给另一个任务。 ### 编程实现 ### Java Queue 在 Java 中是 Interface, 一种实现是 LinkedList, LinkedList 向上转型为 Queue, Queue 通常不能存储 `null` 元素，否则与 `poll()` 等方法的返回值混淆。 ~~~ Queue<Integer> q = new LinkedList<Integer>(); int qLen = q.size(); // get queue length ~~~ #### Methods | 0:0 | Throws exception | Returns special value | |-----|-----|-----| | Insert | add(e) | offer(e) | | Remove | remove() | poll() | | Examine | element() | peek() | 优先考虑右侧方法，右侧元素不存在时返回 `null`. 判断非空时使用`isEmpty()`方法，继承自 Collection. ### Priority Queue - 优先队列应用程序常常需要处理带有优先级的业务，优先级最高的业务首先得到服务。因此优先队列这种数据结构应运而生。优先队列中的每个元素都有各自的优先级，优先级最高的元素最先得到服务；优先级相同的元素按照其在优先队列中的顺序得到服务。优先队列可以使用数组或链表实现，从时间和空间复杂度来说，往往用二叉堆来实现。 ### Java Java 中提供`PriorityQueue`类，该类是 Interface Queue 的另外一种实现，和`LinkedList`的区别主要在于排序行为而不是性能，基于 priority heap 实现，非`synchronized`，故多线程下应使用`PriorityBlockingQueue`. 默认为自然序（小根堆），需要其他排序方式可自行实现`Comparator`接口，选用合适的构造器初始化。使用迭代器遍历时不保证有序，有序访问时需要使用`Arrays.sort(pq.toArray())`. 不同方法的时间复杂度： - enqueuing and dequeuing: `offer`, `poll`, `remove()` and `add` - O(logn)O(\log n)O(logn) - Object: `remove(Object)` and `contains(Object)` - O(n)O(n)O(n) - retrieval: `peek`, `element`, and `size` - O(1)O(1)O(1). ### Deque - 双端队列双端队列（deque，全名double-ended queue）可以让你在任何一端添加或者移除元素，因此它是一种具有队列和栈性质的数据结构。 ### Java Java 在1.6之后提供了 Deque 接口，既可使用`ArrayDeque`（数组）来实现，也可以使用`LinkedList`（链表）来实现。前者是一个数组外加首尾索引，后者是双向链表。 ~~~ Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<Integer>(); ~~~ #### Methods <table class="calibre19"><tbody class="calibre23"><tr class="calibre21"><td class="calibre24"/> <td colspan="2" class="calibre24">First Element (Head)</td> <td colspan="2" class="calibre24">Last Element (Tail)</td> </tr><tr class="calibre25"><td class="calibre24"/> <td class="calibre24">Throws exception</td> <td class="calibre24">Special value</td> <td class="calibre24">Throws exception</td> <td class="calibre24">Special value</td> </tr><tr class="calibre21"><td class="calibre24">Insert</td> <td class="calibre24">`addFirst(e)`</td> <td class="calibre24">`offerFirst(e)`</td> <td class="calibre24">`addLast(e)`</td> <td class="calibre24">`offerLast(e)`</td> </tr><tr class="calibre25"><td class="calibre24">Remove</td> <td class="calibre24">`removeFirst()`</td> <td class="calibre24">`pollFirst()`</td> <td class="calibre24">`removeLast()`</td> <td class="calibre24">`pollLast()`</td> </tr><tr class="calibre21"><td class="calibre24">Examine</td> <td class="calibre24">`getFirst()`</td> <td class="calibre24">`peekFirst()`</td> <td class="calibre24">`getLast()`</td> <td class="calibre24">`peekLast()`</td> </tr></tbody></table> 其中`offerLast`和 Queue 中的`offer`功能相同，都是从尾部插入。 ### Reference - [優先佇列 - 维基百科，自由的百科全书](http://zh.wikipedia.org/zh/%E5%84%AA%E5%85%88%E4%BD%87%E5%88%97) - [双端队列 - 维基百科，自由的百科全书](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%8C%E7%AB%AF%E9%98%9F%E5%88%97)