《数据结构课件队列》课件

数据结构课件-队列队列是一种抽象数据类型，它遵循先进先出(FIFO)原则。数据项按顺序添加，并在相反的顺序中检索。by什么是队列先进先出队列遵循先进先出的原则，先进入队列的元素会先被取出。线性结构队列是一种线性数据结构，元素按照特定的顺序排列，就像一条有序的队伍。队列的特点先进先出队列遵循先进先出(FIFO)的原则，先进入队列的元素将最先被取出。线性结构队列是一种线性数据结构，元素之间按顺序排列，每个元素都有一个前驱和后继。单向访问只能从队列的尾部添加元素，从队列的头部删除元素。应用广泛队列在计算机科学中应用广泛，例如任务调度、缓冲区管理、打印任务管理等。队列的基本操作1入队将新元素添加到队列的尾部。2出队从队列的头部移除元素。3获取队首元素查看队列中第一个元素。4判断队列是否为空检查队列是否包含任何元素。队列的顺序存储实现1数组使用数组来存储队列元素2front指向队头元素3rear指向队尾元素的下一个位置顺序存储实现是使用数组来存储队列元素的一种常见方法。队列的大小在初始化时被固定，数组的索引对应队列元素的顺序。顺序队列的入队和出队1入队将新元素插入到队尾，类似于在数组末尾添加一个新元素。2出队删除队首元素，类似于从数组头部删除第一个元素。3操作步骤检查队列是否已满。如果队列未满，将新元素插入到队尾。如果队列已满，则无法入队，需要进行处理。检查队列是否为空。如果队列不为空，删除队首元素。如果队列为空，则无法出队，需要进行处理。顺序队列溢出和下溢溢出队列已满，无法添加新元素。下溢队列为空，无法删除元素。循环队列的实现环形数组使用一个固定大小的数组，将数组的末尾连接到开头，形成一个环形结构。前后指针使用两个指针分别指向队列的头部和尾部，用于控制入队和出队操作。边界处理需要特殊处理循环队列的边界条件，以避免数组越界。空间利用相比于顺序队列，循环队列可以有效地利用数组空间，避免空间浪费。循环队列的操作入队操作在循环队列中入队时，需要先判断队列是否已满。如果队列已满，则不能入队。否则，将元素插入到队尾，并将队尾指针指向下一个位置。出队操作在循环队列中出队时，需要先判断队列是否为空。如果队列为空，则不能出队。否则，将队头指针指向下一个位置，并将队头元素删除。链式队列的实现1节点结构包含数据域和指向下一个节点的指针2队列头指针指向队列的第一个节点3队列尾指针指向队列的最后一个节点4操作入队、出队、判空、判满链式队列的实现使用链表，每个节点包含数据域和指向下一个节点的指针。队列头指针指向队列的第一个节点，队列尾指针指向队列的最后一个节点。链式队列的操作包括入队、出队、判空、判满。链式队列的操作入队在链式队列的尾部添加新节点，将新节点的地址存入尾节点的next指针。出队删除队头节点，并将队头指针指向下一个节点，释放原队头节点的空间。获取队头元素直接返回队头节点的值。获取队列长度遍历整个链式队列，统计节点数量。队列的应用-任务调度任务排序队列可以用于根据优先级或到达时间对任务进行排序，确保重要任务先执行。资源分配队列可以管理有限的资源，例如CPU或内存，分配给等待执行的任务。任务监控通过队列，可以跟踪任务的执行状态，并及时处理异常情况。队列的应用-缓冲区数据缓存缓冲区用于暂时存储数据，例如从磁盘读取数据或向网络发送数据。流媒体播放缓冲区允许流媒体播放器预先加载数据，确保流畅播放。程序性能优化缓冲区可以减少对磁盘或网络的频繁访问，提高程序性能。队列的应用-打印任务管理打印任务管理系统使用队列来存储和处理打印请求。每个打印请求都会被添加到队列中，并按顺序等待打印。队列的先进先出(FIFO)特性确保了打印任务按照提交的顺序执行，防止打印请求相互混淆。队列的应用-银行业务管理11.银行排队系统队列可以模拟银行排队系统，客户到达银行后进入队列，按顺序等待服务。22.自动取款机自动取款机可以使用队列存储等待取款的客户请求，以确保按顺序处理。33.银行柜台管理银行柜台可以使用队列来管理客户的办理业务流程，提高效率。44.银行交易处理银行的交易处理系统可以使用队列来存储交易请求，确保交易的顺序执行。队列的优点先进先出队列遵循“先进先出”的原则，确保数据按顺序处理，易于管理。易于实现队列可以使用多种数据结构实现，如顺序存储或链式存储，实现简单易懂。广泛应用队列应用广泛，从操作系统到网络编程，都发挥着重要作用，解决多种实际问题。队列的缺点有限容量队列通常具有预定义的容量，一旦容量已满，则无法添加更多元素。元素顺序固定队列遵循FIFO（先进先出）原则，无法直接访问或修改队列中的元素。特定用途队列主要适用于处理特定任务，如任务调度和缓冲区管理。队列与栈的区别栈后进先出(LIFO)，就像一叠书，最后放进去的书最先被取出来。队列先进先出(FIFO)，就像排队买票，最先排队的人最先被服务。双端队列Deque定义双端队列（Deque）是一种允许从两端进行插入和删除操作的线性数据结构。灵活与单端队列相比，双端队列更加灵活，可以根据需要从头部或尾部进行操作。栈和队列双端队列可以模拟栈和队列的功能，具有较高的通用性。Deque的基本操作入队(Enqueue)在Deque的头部或尾部添加元素。根据插入位置区分头部入队和尾部入队。出队(Dequeue)从Deque的头部或尾部删除元素。根据删除位置区分头部出队和尾部出队。访问(Access)访问Deque中的任意元素。根据访问位置区分头部访问和尾部访问。大小(Size)返回Deque中元素的数量。用于判断Deque是否为空或已满。Deque的应用-撤销重做撤销操作双端队列可以实现撤销操作，保存用户的操作步骤，方便用户撤回不必要的操作。重做操作当用户撤销操作后，还可以使用重做操作，将撤销的操作恢复回来。文本编辑器文本编辑器使用双端队列实现撤销重做功能，让用户可以方便地修改和恢复文档。图形设计软件图形设计软件也使用双端队列实现撤销重做功能，让用户可以方便地修改和恢复图形。Deque的应用-滑动窗口滑动窗口是数据分析中常用的一种技术，用于在数据流中跟踪一段固定长度的数据窗口，并进行实时分析。Deque的双端插入和删除特性，使其成为实现滑动窗口的理想选择。它可以高效地添加新数据，并移除过期数据。优先队列的概念优先级每个元素都有一个优先级，优先级高的元素先出队。排序规则优先队列可以根据不同的规则进行排序，例如升序或降序。队列特性优先队列遵循先进先出(FIFO)的原则，但优先级高的元素会先出队。优先队列的实现-堆堆的特点堆是一种特殊的二叉树，满足堆性质：完全二叉树，父节点值大于子节点值（大顶堆）或小于子节点值（小顶堆）。堆的实现使用数组存储堆，根据节点索引可快速找到父节点和子节点，提高效率。堆的操作堆的操作包括插入、删除、排序等，利用堆性质来实现高效的增删操作。堆的应用堆在优先队列、排序算法、图算法等领域都有重要应用，如Dijkstra算法。优先队列的操作1插入将元素插入优先队列，按照优先级排序。2删除从优先队列中删除优先级最高的元素。3获取获取优先级最高的元素，但不删除它。4大小查询优先队列中元素的数量。优先队列的应用-任务调度任务调度优先队列用于管理任务调度，根据优先级分配资源。动态分配优先队列可以根据任务的优先级进行动态分配，确保重要的任务先执行。资源优化优化系统资源分配，提高工作效率，减少延迟。优先队列的应用-图算法最短路径算法Dijkstra算法，A*算法等。最小生成树算法Prim算法，Kruskal算法等。拓扑排序用于解决依赖关系的排序问题，例如任务调度。搜索优先队列可以优化搜索算法，例如广度优先搜索(BFS)和深度优先搜索(DFS)。课后总结队列的基本概念理解队列