網(wǎng)站用哪些系統(tǒng)做的好網(wǎng)絡營銷業(yè)務流程
隊列(Queue)是一種特殊的線性表,它的主要特點是先進先出(First In First Out,FIFO)。隊列只允許在一端(隊尾)進行插入操作,而在另一端(隊頭)進行刪除操作。以下是對隊列的詳細介紹:
一、基本概念
- 隊列的定義:隊列是一種只允許在表的一端(隊尾)進行插入操作,在另一端(隊頭)進行刪除操作的線性表。
- 隊頭(Front):隊列中允許刪除的一端,又稱為隊首。
- 隊尾(Rear):隊列中允許插入的一端。
- 空隊列:不包含任何元素的隊列。
二、隊列的主要操作
隊列的主要操作包括入隊(Enqueue)、出隊(Dequeue)、查看隊頭元素(Peek/Front)和判斷隊列是否為空(IsEmpty)等。
- 入隊(Enqueue):在隊列的隊尾插入一個新元素。
- 出隊(Dequeue):從隊列的隊頭刪除一個元素,并返回該元素的值。
- 查看隊頭元素(Peek/Front):返回隊列隊頭元素的值,但不刪除該元素。
- 判斷隊列是否為空(IsEmpty):如果隊列中沒有任何元素,則返回true;否則返回false。
三、隊列的分類(存儲結(jié)構(gòu))
隊列根據(jù)實現(xiàn)方式的不同,可以分為多種類型,如順序隊列、循環(huán)隊列、鏈式隊列等。
-
順序隊列:
- 使用數(shù)組實現(xiàn)的隊列,隊頭和隊尾指針分別指向隊列的首尾元素。順序隊列在插入和刪除操作時可能會出現(xiàn)“假溢出”現(xiàn)象,即隊列未滿但因指針限制無法繼續(xù)插入元素的情況。
初始化:
//initialize
#define MaxSize 50
typedef struct
{int rear,front;//rear指向隊尾元素的下一個值,front指向隊頭元素Elemtype data[MaxSize];
}SqQueue;
-
循環(huán)隊列:
- 為了解決順序隊列的“假溢出”問題,引入了循環(huán)隊列。在循環(huán)隊列中,當隊尾指針到達數(shù)組末尾時,會自動回到數(shù)組的開始位置,形成一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)。循環(huán)隊列需要犧牲一個存儲單元來區(qū)分隊列空和隊列滿的狀態(tài)。
初始:front=rear=0;
隊首指針進1:front=(front+1)%MaxSize
隊尾指針進1:rear=(rear+1)%MaxSize
隊長:(rear-front+Max Size)%MaxSize?
隊空判斷條件:
循環(huán)隊列為空的判斷條件相對簡單,即隊頭指針(front)和隊尾指針(rear)相等。這是因為當隊列為空時,沒有元素被插入,所以隊頭和隊尾都指向數(shù)組的起始位置(或某個約定的初始位置)。
隊空判斷條件:front == rear
隊滿判斷條件:
循環(huán)隊列為滿的判斷條件則較為復雜。由于隊尾指針在達到數(shù)組末尾后會回到數(shù)組開頭,因此當隊尾指針再次指向隊頭指針時,隊列可能已滿,也可能為空。為了區(qū)分這兩種情況,通常采用以下幾種方法之一來判斷隊列是否滿:
-
犧牲一個元素空間:
這是最常見的方法。在循環(huán)隊列中,約定當(rear + 1) % MaxSize == front
時,認為隊列已滿。這里,MaxSize
是隊列所使用數(shù)組的大小,%
是取模運算符。這種方法通過犧牲數(shù)組中的一個元素空間來區(qū)分隊列滿和隊列空的狀態(tài)。當(rear + 1) % MaxSize == front
時,雖然從邏輯上看隊尾指針和隊頭指針相鄰,但實際上隊列中還有一個空位置沒有被使用,因此認為隊列已滿。隊滿判斷條件(犧牲一個元素空間):
(rear + 1) % MaxSize == front
? ? ? ? ?隊空判斷條件:front == rear
?
?隊長:
(rear-front+MaxSize)%MaxSize
-
增設計數(shù)器或標志位:(size)
另一種方法是增設一個計數(shù)器(記錄隊列中元素的數(shù)量)或標志位(記錄隊列的當前狀態(tài),如是否進行過插入或刪除操作)。然而,這種方法需要額外的存儲空間,并且增加了操作的復雜性。隊空:size=0;? 隊滿:size=maxSize; -
改變front和rear的定義域:
還有一種較為特殊的方法是通過改變front和rear的定義域來區(qū)分隊列滿和隊列空的狀態(tài)。例如,可以約定front的初始值為數(shù)組的最大索引加1(或某個大于數(shù)組最大索引的值),而rear的初始值為0。這樣,當front等于rear時,隊列為空;而當rear再次等于front時(在循環(huán)過程中),隊列滿。但這種方法在實際應用中較為少見,因為它改變了front和rear的常規(guī)用法。
綜上所述,循環(huán)隊列隊空和隊滿的判斷條件主要取決于所采用的具體實現(xiàn)方法。其中,“犧牲一個元素空間”的方法因其簡單性和高效性而被廣泛采用。
圖解:
代碼:?
//initialize
void InitQueue(SqQueue &Q){Q.front=Q.rear=0;
}
//判斷是否為空
bool isEempty(SqQueue Q){if(Q.rear===Q.front)return true;elsereturn false;}
//入隊
bool EnQueue(SqQueue &Q,Elemtype x){if ((Q.rear+1)%MaxSize==Q.front)return false; Q.data[Q.rear]=x;Q.rear=(Q.rear+1)%MaxSize;return true;}
//出隊
bool DeQueue(SqQueue &Q,Elemtype &x){if(Q.front==Q.rear)return false;x=Q.data[Q.front];Q.front=(Q.front+1)%MaxSize;return true;
}
-
鏈式隊列:
- 使用鏈表實現(xiàn)的隊列,每個節(jié)點包含數(shù)據(jù)域和指向下一個節(jié)點的指針。鏈式隊列在插入和刪除操作時不需要移動元素,具有較好的靈活性。
代碼:
//
typedef struct{Elemtype data;struct LinkNode *next;
}LinkNode;
typedef struct
{LinkNode *rear,*front;
}LinkQueue;//initialize
void InitQueue(LinkQueue &Q){Q.front=Q.rear=(LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));//建立頭結(jié)點Q.front->next=NULL;
}bool IsEmpty(LinkQueue Q){if(Q.front==Q.rear)return true;elsereturn false;
}void EnQueue(LinkQueue &Q,ElemType e){LinkNode *s=(LinkNode *)malloc(sizeof(LinkNode));s->data=e;s->next=NULL;Q.rear->next=s;Q.rear=s;
}void DeQueue(LinkQueue &Q,ElemType &e){if(Q.front==Q.rear)return false;LinkNode *s=Q.front->next;e=s->data;Q.front->next=s->next;if(Q.rear==s)//隊列中只有一個結(jié)點Q.front=Q.rear;//刪除后變空free(s);return true;
}
雙端隊列:
1)能由輸入受限的雙端隊列得到,但不能由輸出受限的雙端隊列得到的是4,1,3,2。
2)能由輸出受限的雙端隊列得到,但不能由輸入受限的雙端隊列得到的是4,2,1,3。
3)既不能由輸入受限的雙端隊列得到,又不能由輸出受限的雙端隊列得到的是4,2,3,1。
四、隊列的應用場景
隊列在實際應用中有著廣泛的應用,如:
- 任務調(diào)度:在多任務系統(tǒng)中,可以使用隊列來存儲待執(zhí)行的任務,系統(tǒng)按照隊列中的順序依次執(zhí)行任務。
- 消息傳遞:在分布式系統(tǒng)中,隊列可以用作消息傳遞的媒介,發(fā)送方將消息發(fā)送到隊列中,接收方從隊列中取出消息并進行處理。
- 緩存淘汰:在緩存系統(tǒng)中,可以使用隊列的先進先出特性來淘汰最早進入緩存的數(shù)據(jù)項。
- 并發(fā)控制:在多線程或多進程環(huán)境中,隊列可以用于控制對共享資源的訪問順序,防止數(shù)據(jù)競爭和死鎖等問題。
隊列在計算機系統(tǒng)中的應用
隊列在計算機系統(tǒng)中的應用非常廣泛,以下僅從兩個方面來闡述:第一個方面是解決主機與外部設備之間速度不匹配的問題,第二個方面是解決由多用戶引起的資源競爭問題。
緩沖區(qū)的邏輯結(jié)構(gòu)(2009):
對于第一個方面,僅以主機和打印機之間速度不匹配的問題為例做簡要說明。主機輸出數(shù)據(jù)給打印機打印,輸出數(shù)據(jù)的速度比打印數(shù)據(jù)的速度要快得多,因為速度不匹配,若直接把輸出的數(shù)據(jù)送給打印機打印,則顯然是不行的。解決的方法是設置一個打印數(shù)據(jù)緩沖區(qū),主機把要打印輸出的數(shù)據(jù)依次寫入這個緩沖區(qū),寫滿后就暫停輸出,轉(zhuǎn)去做其他的事情。打印機就從緩沖區(qū)中按照先進先出的原則依次取出數(shù)據(jù)并打印,打印完后再向主機發(fā)出請求。主機接到請求后再向緩沖區(qū)寫入打印數(shù)據(jù)。這樣做既保證了打印數(shù)據(jù)的正確,又使主機提高了效率。由此可見,打印數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中所存儲的數(shù)據(jù)就是一個隊列。
多隊列出隊/入隊操作的應用(2016):
對于第二個方面, CPU (即中央處理器,它包括運算器和控制器)資源的競爭就是一個典型的例子。在一個帶有多終端的計算機系統(tǒng)上,有多個用戶需要 CPU 各自運行自己的程序,它們分別通過各自的終端向操作系統(tǒng)提出占用 CPU 的請求。操作系統(tǒng)通常按照每個請求在時間上的先后順序,把它們排成一個隊列,每次把 CPU 分配給隊首請求的用戶使用。當相應的程序運行結(jié)束或用完規(guī)定的時間間隔后,令其出隊,再把 CPU 分配給新的隊首請求的用戶使用。這樣既能滿足每個用戶的請求,又使CPU能夠正常運行。
五、總結(jié)
隊列是一種重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它遵循先進先出的原則進行元素的操作。隊列的實現(xiàn)方式多樣,包括順序隊列、循環(huán)隊列和鏈式隊列等。隊列在實際應用中有著廣泛的應用場景,如任務調(diào)度、消息傳遞、緩存淘汰和并發(fā)控制等。通過合理使用隊列,可以提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。