Kø Datastruktur og implementering i Java, Python og C / C ++

I denne opplæringen vil du lære hva en kø er. Du vil også finne implementering av kø i C, C ++, Java og Python.

En kø er en nyttig datastruktur i programmering. Det ligner på billettkøen utenfor en kinosal, der den første som kommer inn i køen er den første personen som får billetten.

Kø følger FIFO- regelen ( First In First Out) - varen som går inn først er varen som kommer ut først.

FIFO Representasjon av køen

I det ovennevnte bildet, siden 1 ble holdt i køen før 2, er det også den første som blir fjernet fra køen. Den følger FIFO- regelen.

I programmeringsbetingelser kalles det å sette gjenstander i køen enqueue , og å fjerne gjenstander fra køen kalles dequeue .

Vi kan implementere køen i hvilket som helst programmeringsspråk som C, C ++, Java, Python eller C #, men spesifikasjonen er stort sett den samme.

Grunnleggende operasjoner i køen

En kø er et objekt (en abstrakt datastruktur - ADT) som tillater følgende operasjoner:

Enqueue : Legg til et element på slutten av køen
Dequeue : Fjern et element fra forsiden av køen
IsEmpty : Sjekk om køen er tom
IsFull : Sjekk om køen er full
Kikk : Få verdien av forsiden av køen uten å fjerne den

Arbeid av kø

Køoperasjoner fungerer som følger:

to pekere FRONT og BAK
FRONT spore det første elementet i køen
SPOR det siste elementet i køen
innledningsvis sett verdien til FRONT og BAK til -1

Enqueue-drift

sjekk om køen er full
for det første elementet, sett verdien til FRONT til 0
øke REAR-indeksen med 1
legg til det nye elementet i posisjonen som REAR peker på

Dequeue-drift

sjekk om køen er tom
returner verdien peket av FRONT
øk FRONT-indeksen med 1
for det siste elementet, tilbakestill verdiene til FRONT og BAK til -1

Enqueue og Dequeue-operasjoner

Køimplementeringer i Python, Java, C og C ++

Vi bruker vanligvis arrays for å implementere køer i Java og C / ++. I tilfelle av Python bruker vi lister.

Python Java C C ++

 # Queue implementation in Python class Queue: def __init__(self): self.queue = () # Add an element def enqueue(self, item): self.queue.append(item) # Remove an element def dequeue(self): if len(self.queue) < 1: return None return self.queue.pop(0) # Display the queue def display(self): print(self.queue) def size(self): return len(self.queue) q = Queue() q.enqueue(1) q.enqueue(2) q.enqueue(3) q.enqueue(4) q.enqueue(5) q.display() q.dequeue() print("After removing an element") q.display()

 // Queue implementation in Java public class Queue ( int SIZE = 5; int items() = new int(SIZE); int front, rear; Queue() ( front = -1; rear = -1; ) boolean isFull() ( if (front == 0 && rear == SIZE - 1) ( return true; ) return false; ) boolean isEmpty() ( if (front == -1) return true; else return false; ) void enQueue(int element) ( if (isFull()) ( System.out.println("Queue is full"); ) else ( if (front == -1) front = 0; rear++; items(rear) = element; System.out.println("Inserted " + element); ) ) int deQueue() ( int element; if (isEmpty()) ( System.out.println("Queue is empty"); return (-1); ) else ( element = items(front); if (front>= rear) ( front = -1; rear = -1; ) /* Q has only one element, so we reset the queue after deleting it. */ else ( front++; ) System.out.println("Deleted -> " + element); return (element); ) ) void display() ( /* Function to display elements of Queue */ int i; if (isEmpty()) ( System.out.println("Empty Queue"); ) else ( System.out.println("Front index-> " + front); System.out.println("Items -> "); for (i = front; i " + rear); ) ) public static void main(String() args) ( Queue q = new Queue(); // deQueue is not possible on empty queue q.deQueue(); // enQueue 5 elements q.enQueue(1); q.enQueue(2); q.enQueue(3); q.enQueue(4); q.enQueue(5); // 6th element can't be added to because the queue is full q.enQueue(6); q.display(); // deQueue removes element entered first i.e. 1 q.deQueue(); // Now we have just 4 elements q.display(); ) )

 // Queue implementation in C #include #define SIZE 5 void enQueue(int); void deQueue(); void display(); int items(SIZE), front = -1, rear = -1; int main() ( //deQueue is not possible on empty queue deQueue(); //enQueue 5 elements enQueue(1); enQueue(2); enQueue(3); enQueue(4); enQueue(5); // 6th element can't be added to because the queue is full enQueue(6); display(); //deQueue removes element entered first i.e. 1 deQueue(); //Now we have just 4 elements display(); return 0; ) void enQueue(int value) ( if (rear == SIZE - 1) printf("Queue is Full!!"); else ( if (front == -1) front = 0; rear++; items(rear) = value; printf("Inserted -> %d", value); ) ) void deQueue() ( if (front == -1) printf("Queue is Empty!!"); else ( printf("Deleted : %d", items(front)); front++; if (front> rear) front = rear = -1; ) ) // Function to print the queue void display() ( if (rear == -1) printf("Queue is Empty!!!"); else ( int i; printf("Queue elements are:"); for (i = front; i <= rear; i++) printf("%d ", items(i)); ) printf(""); )

 // Queue implementation in C++ #include #define SIZE 5 using namespace std; class Queue ( private: int items(SIZE), front, rear; public: Queue() ( front = -1; rear = -1; ) bool isFull() ( if (front == 0 && rear == SIZE - 1) ( return true; ) return false; ) bool isEmpty() ( if (front == -1) return true; else return false; ) void enQueue(int element) ( if (isFull()) ( cout << "Queue is full"; ) else ( if (front == -1) front = 0; rear++; items(rear) = element; cout << endl << "Inserted " << element << endl; ) ) int deQueue() ( int element; if (isEmpty()) ( cout << "Queue is empty" <= rear) ( front = -1; rear = -1; ) /* Q has only one element, so we reset the queue after deleting it. */ else ( front++; ) cout << endl < " << element << endl; return (element); ) ) void display() ( /* Function to display elements of Queue */ int i; if (isEmpty()) ( cout << endl << "Empty Queue" << endl; ) else ( cout << endl < " << front; cout << endl < "; for (i = front; i <= rear; i++) cout << items(i) << " "; cout << endl < " << rear << endl; ) ) ); int main() ( Queue q; //deQueue is not possible on empty queue q.deQueue(); //enQueue 5 elements q.enQueue(1); q.enQueue(2); q.enQueue(3); q.enQueue(4); q.enQueue(5); // 6th element can't be added to because the queue is full q.enQueue(6); q.display(); //deQueue removes element entered first i.e. 1 q.deQueue(); //Now we have just 4 elements q.display(); return 0; )

Begrensninger i kø

Som du kan se på bildet under, har køen blitt redusert etter litt innkjøring og dequeuing.

Begrensning av kø

Og vi kan bare legge til indekser 0 og 1 bare når køen tilbakestilles (når alle elementene er dequeued).

Etter at REAR når den siste indeksen, hvis vi kan lagre ekstra elementer i de tomme områdene (0 og 1), kan vi bruke de tomme områdene. Dette implementeres av en modifisert kø kalt sirkulær kø.

Kompleksitetsanalyse

Kompleksiteten i enqueue- og dequeue-operasjoner i en kø ved hjelp av en matrise er O(1).

Søknader om kø

CPU-planlegging, Diskplanlegging
Når data overføres asynkront mellom to prosesser. Køen brukes til synkronisering. For eksempel: IO-buffere, rør, fil-IO osv
Håndtering av avbrudd i sanntidssystemer.
Call Center-telefonsystemer bruker køer for å få folk til å ringe dem i orden.