LeetCode 622：設計迴圈佇列 Design Circular Queue

首先來看看佇列這種資料結構：

佇列：先入先出的資料結構

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在 FIFO 資料結構中，將首先處理新增到佇列中的第一個元素。

如上圖所示，佇列是典型的 FIFO 資料結構。插入（insert）操作也稱作入隊（enqueue），新元素始終被新增在佇列的末尾。 刪除（delete）操作也被稱為出隊（dequeue)。 你只能移除第一個元素。

佇列 - 實現

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為了實現佇列，我們可以使用動態陣列和指向佇列頭部的索引。

如上所述，佇列應支援兩種操作：入隊和出隊。入隊會向佇列追加一個新元素，而出隊會刪除第一個元素。 所以我們需要一個索引來指出起點。

迴圈佇列

此前，我們提供了一種簡單但低效的佇列實現。

更有效的方法是使用迴圈佇列。 具體來說，我們可以使用固定大小的陣列和兩個指標來指示起始位置和結束位置。 目的是重用我們之前提到的被浪費的儲存。

讓我們通過一個示例來檢視迴圈佇列的工作原理。 你應該注意我們入隊或出隊元素時使用的策略。

[外鏈圖片轉存失敗(img-ScULOtla-1564547660610)(queue.gif)]

仔細檢查動畫，找出我們用來檢查佇列是空還是滿的策略。

以上內容來自力扣中國，內容有改變

題目：設計迴圈佇列：

設計你的迴圈佇列實現。 迴圈佇列是一種線性資料結構，其操作表現基於 FIFO（先進先出）原則並且隊尾被連線在隊首之後以形成一個迴圈。它也被稱為“環形緩衝器”。

迴圈佇列的一個好處是我們可以利用這個佇列之前用過的空間。在一個普通佇列裡，一旦一個佇列滿了，我們就不能插入下一個元素，即使在佇列前面仍有空間。但是使用迴圈佇列，我們能使用這些空間去儲存新的值。

你的實現應該支援如下操作：

• MyCircularQueue(k): 構造器，設定佇列長度為 k 。
• Front: 從隊首獲取元素。如果佇列為空，返回 -1 。
• Rear: 獲取隊尾元素。如果佇列為空，返回 -1 。
• enQueue(value): 向迴圈佇列插入一個元素。如果成功插入則返回真。
• deQueue(): 從迴圈佇列中刪除一個元素。如果成功刪除則返回真。
• isEmpty(): 檢查迴圈佇列是否為空。
• isFull(): 檢查迴圈佇列是否已滿。

示例：

MyCircularQueue circularQueue = new MycircularQueue(3); // 設定長度為 3
circularQueue.enQueue(1);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(2);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(3);  // 返回 true
circularQueue.enQueue(4);  // 返回 false，佇列已滿
circularQueue.Rear();  // 返回 3
circularQueue.isFull();  // 返回 true
circularQueue.deQueue();  // 返回 true
circularQueue.enQueue(4);  // 返回 true
circularQueue.Rear();  // 返回 4

提示：

• 所有的值都在 0 至 1000 的範圍內；
• 運算元將在 1 至 1000 的範圍內；
• 請不要使用內建的佇列庫。

解題思路：

一般高階程式設計語言都會內建佇列庫，稍微參考一下即可。在迴圈佇列中，我們使用一個陣列和兩個指標（head 和 tail）。 head 表示佇列的起始位置，tail 表示佇列的結束位置。

class MyCircularQueue {
    
    private int[] data;
    private int head;
    private int tail;
    private int size;

    /** 初始化資料結構，並規定佇列大小k */
    public MyCircularQueue(int k) {
        data = new int[k];
        head = -1;
        tail = -1;
        size = k;
    }
    
    /** 在佇列插入一項，並返回插入是否成功 */
    public boolean enQueue(int value) {
        if (isFull() == true) {
            return false;
        }
        if (isEmpty() == true) {
            head = 0;
        }
        tail = (tail + 1) % size;
        data[tail] = value;
        return true;
    }
    
    /** 從佇列刪除一項，並返回刪除是否成功 */
    public boolean deQueue() {
        if (isEmpty() == true) {
            return false;
        }
        if (head == tail) {
            head = -1;
            tail = -1;
            return true;
        }
        head = (head + 1) % size;
        return true;
    }
    
    /** 獲取佇列第一項 */
    public int Front() {
        if (isEmpty() == true) {
            return -1;
        }
        return data[head];
    }
    
    /** 獲取佇列最後一項 */
    public int Rear() {
        if (isEmpty() == true) {
            return -1;
        }
        return data[tail];
    }
    
    /** 檢查佇列是否為空 */
    public boolean isEmpty() {
        return head == -1;
    }
    
    /** 檢查佇列是否已滿 */
    public boolean isFull() {
        return ((tail + 1) % size) == head;
    }
}

Python3：

class MyCircularQueue():

    def __init__(self, k: int):
        """
        初始化資料結構，並規定佇列大小k
        """
        self.size = k
        self.queue = ['']*k
        self.head = -1
        self.tail = -1
        
    def enQueue(self, value: int) -> bool:
        """
        在佇列插入一項，並返回插入是否成功
        """
        if not self.isFull():
            if self.head == -1:
                self.head = 0
            self.tail = (self.tail+1)%self.size
            self.queue[self.tail] = value
            return True
        else:
            return False
        
    def deQueue(self) -> bool:
        """
        從佇列刪除一項，並返回刪除是否成功
        """
        if not self.isEmpty():
            if self.head ==self.tail:
                self.head,self.tail = -1,-1
            else:
                self.head = (self.head+1)%self.size
            return True
        else:
            return False

    def Front(self) -> int:
        """
        獲取佇列第一項
        """
        if self.isEmpty():
            return -1
        else:
            return self.queue[self.head]

    def Rear(self) -> int:
        """
        獲取佇列最後一項
        """
        if self.isEmpty():
            return -1
        else:
            return self.queue[self.tail]

    def isEmpty(self) -> bool:
        """
        檢查佇列是否為空
        """
        return self.head == -1 and self.tail == -1

    def isFull(self) -> bool:
        """
        檢查佇列是否已滿
        """
        return (self.tail+1)%self.size ==self.head

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