Struktura podataka u redu čekanja i implementacija u Javi, Pythonu i C / C ++

U ovom vodiču naučit ćete što je red. Također ćete pronaći implementaciju reda u C, C ++, Java i Python.

Red čekanja korisna je struktura podataka u programiranju. Slično je redu čekanja za ulaznice ispred kino dvorane, gdje je prva osoba koja ulazi u red prva osoba koja dobije kartu.

Red čekanja slijedi pravilo First In First Out (FIFO) - stavka koja uđe prva je stavka koja izlazi prva.

FIFO predstavljanje reda

Na gornjoj slici, budući da je 1 zadržan u redu prije 2, prvi je uklonjen i iz reda. Slijedi FIFO pravilo.

U programskom smislu, stavljanje predmeta u red naziva se enqueue , a uklanjanje stavki iz reda dequeue .

Red možemo implementirati u bilo koji programski jezik poput C, C ++, Java, Python ili C #, ali specifikacija je gotovo ista.

Osnovne operacije reda čekanja

Red čekanja je objekt (apstraktna struktura podataka - ADT) koji omogućuje sljedeće operacije:

  • Enqueue : dodajte element na kraj reda
  • Dequeue : Uklonite element s prednje strane reda
  • IsEmpty : Provjerite je li red prazan
  • IsFull : Provjerite je li red pun
  • Zavirite : Dohvatite vrijednost prednjeg dijela reda bez uklanjanja

Rad u redu čekanja

Operacije u redu čekanja rade na sljedeći način:

  • dva pokazivača PREDNJI i STRAŽNJI
  • FRONT prati prvi element reda
  • REAR prati posljednji element reda
  • u početku postavite vrijednost FRONT i REAR na -1

Operacija čekanja

  • provjerite je li red pun
  • za prvi element postavite vrijednost FRONT na 0
  • povećati REAR indeks za 1
  • dodajte novi element u položaj na koji pokazuje REAR

Operacija uklanjanja reda

  • provjerite je li red prazan
  • vrati vrijednost na koju je ukazao FRONT
  • povećati indeks FRONT za 1
  • za zadnji element vratite vrijednosti FRONT i REAR na -1
Enqueue i Dequeue Operacije

Implementacije reda u Pythonu, Javi, C i C ++

Obično koristimo nizove za implementaciju redova u Java i C / ++. U slučaju Pythona koristimo popise.

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; )

Ograničenja reda čekanja

Kao što možete vidjeti na donjoj slici, nakon malo čekanja i uklanjanja iz redova, veličina reda je smanjena.

Ograničenje reda čekanja

A indekse 0 i 1 možemo dodavati samo kada se red resetira (kada su svi elementi dequeued).

Nakon što REAR dosegne posljednji indeks, ako možemo spremiti dodatne elemente u prazna mjesta (0 i 1), možemo iskoristiti prazne prostore. To se provodi modificiranim redom koji se naziva kružni red.

Analiza složenosti

Složenost operacija enqueue i dequeue u redu čekanja pomoću niza je O(1).

Primjene u redu čekanja

  • CPU zakazivanje, zakazivanje diska
  • Kada se podaci prenose asinkrono između dva procesa. Red se koristi za sinkronizaciju. Na primjer: IO odbojnici, cijevi, IO datoteke itd
  • Rukovanje prekidima u sustavima u stvarnom vremenu.
  • Telefonski sustavi pozivnog centra koriste redove čekanja da zadrže ljude koji ih pozivaju redom.

Preporučena čitanja

  • Vrste reda čekanja
  • Kružni red
  • Deque struktura podataka
  • Redoslijed prioriteta

Zanimljivi članci...