数据结构第07节：队列

在计算机科学中，队列是一种抽象数据类型，它遵循先进先出（FIFO）原则，即最先参加队列的元素将是最先被移除的。队列可以用来管理一系列等待处置处罚的任务，比方打印任务队列、任务调度等。在学天生绩管理系统中，队列可以用于管理等待处置处罚的成绩更新请求，大概用于存储等待查询成绩的学生ID列表。
下面，我将以一个简单的学天生绩管理系统中的队列应用为例，用表格形式来具体讲解队列的操纵和状态变革。
操纵形貌队列状态初始化创建一个空队列[]入队 (enqueue)将学生ID添加到队列尾部，比方学生ID: 1001[1001]入队 (enqueue)将学生ID添加到队列尾部，比方学生ID: 1002[1001, 1002]入队 (enqueue)将学生ID添加到队列尾部，比方学生ID: 1003[1001, 1002, 1003]出队 (dequeue)移除并返回队列头部的学生ID1001队列状态移除后队列的状态[1002, 1003]出队 (dequeue)移除并返回队列头部的学生ID1002队列状态移除后队列的状态[1003]入队 (enqueue)将学生ID添加到队列尾部，比方学生ID: 1004[1003, 1004]出队 (dequeue)移除并返回队列头部的学生ID1003队列状态移除后队列的状态[1004] 通过上述操纵，我们可以看到队列是怎样按照先进先出的原则进行操纵的。当学生ID入队时，它们被添加到队列的末端；而出队时，总是从队列的头部移除元素，确保最先参加的ID最先被处置处罚。这种机制对于需要按顺序处置处罚多个请求或任务的场景非常有效。
下面是一个使用Java实现的简单队列（基于数组）。这个队列将用于管理学生的ID，模拟学天生绩管理系统中大概用到的队列操纵。

1. public class StudentQueue {
2.     private int maxSize; // 队列最大容量
3.     private int front; // 队头
4.     private int rear; // 队尾
5.     private int[] queueArray; // 存储队列元素的数组
6.     private int nItems; // 当前队列中的元素数量
8.     public StudentQueue(int size) {
9.         maxSize = size;
10.         front = 0;
11.         rear = -1;
12.         queueArray = new int[maxSize];
13.         nItems = 0;
14.     }
16.     // 入队操作
17.     public void enqueue(int studentId) {
18.         if (rear == maxSize - 1) { // 检查队列是否已满
19.             System.out.println("Queue is full.");
20.             return;
21.         }
22.         rear++; // 移动队尾指针
23.         queueArray[rear] = studentId; // 在队尾添加元素
24.         nItems++;
25.     }
27.     // 出队操作
28.     public int dequeue() {
29.         if (isEmpty()) { // 检查队列是否为空
30.             System.out.println("Queue is empty.");
31.             return -1;
32.         }
33.         int temp = queueArray[front]; // 保存队头元素
34.         front++; // 移动队头指针
35.         nItems--;
36.         return temp;
37.     }
39.     // 检查队列是否为空
40.     public boolean isEmpty() {
41.         return (nItems == 0);
42.     }
44.     // 打印当前队列状态
45.     public void printQueue() {
46.         for (int i = front; i <= rear; i++) {
47.             System.out.print(queueArray[i] + " ");
48.         }
49.         System.out.println();
50.     }
52.     public static void main(String[] args) {
53.         StudentQueue studentQueue = new StudentQueue(5); // 创建一个最大容量为5的队列
55.         studentQueue.enqueue(1001); // 添加学生ID 1001
56.         studentQueue.enqueue(1002); // 添加学生ID 1002
57.         studentQueue.enqueue(1003); // 添加学生ID 1003
59.         studentQueue.printQueue(); // 打印队列状态
61.         studentQueue.dequeue(); // 移除并返回队头学生ID
63.         studentQueue.printQueue(); // 再次打印队列状态
65.         studentQueue.enqueue(1004); // 添加学生ID 1004
67.         studentQueue.printQueue(); // 最后打印队列状态
68.     }
69. }

复制代码

在这个示例中，StudentQueue 类实现了基本的队列功能，包罗 enqueue (入队)，dequeue (出队)，isEmpty (检查队列是否为空)，以及 printQueue (打印队列状态) 方法。main 方法演示了怎样使用这个队列类进行一系列操纵。请注意，这个实现假设所有学生ID都是整数，而且队列的大小是固定的。在实际应用中，你大概需要使用更机动的数据结构，如 Java 的 ArrayList 大概 LinkedList 来实现动态调解大小的队列。
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让我们继承通过一个更具体的例子来展示Java编程语言的使用。这次我们将创建一个简单的图书管理系统，该系统可以用来添加新书、删除书籍和表现所有书籍的信息。我们将使用面向对象的方法来设计这个系统。
首先，我们界说一个 Book 类，它包含书籍的基本信息，比方书名、作者和ISBN号。然后，我们创建一个 Library 类来管理这些书籍，包罗添加、删除和表现书籍列表的功能。
下面是完整的代码实现：

1. import java.util.ArrayList;
2. import java.util.List;
4. // 定义 Book 类
5. class Book {
6.     String title;
7.     String author;
8.     String isbn;
10.     public Book(String title, String author, String isbn) {
11.         this.title = title;
12.         this.author = author;
13.         this.isbn = isbn;
14.     }
16.     @Override
17.     public String toString() {
18.         return "Title: " + title + ", Author: " + author + ", ISBN: " + isbn;
19.     }
20. }
22. // 定义 Library 类
23. class Library {
24.     List<Book> books;
26.     public Library() {
27.         books = new ArrayList<>();
28.     }
30.     // 添加书籍
31.     public void addBook(Book book) {
32.         books.add(book);
33.     }
35.     // 删除书籍
36.     public void removeBook(String isbn) {
37.         books.removeIf(book -> book.isbn.equals(isbn));
38.     }
40.     // 显示所有书籍
41.     public void displayBooks() {
42.         for (Book book : books) {
43.             System.out.println(book);
44.         }
45.     }
46. }
48. public class Main {
49.     public static void main(String[] args) {
50.         Library library = new Library();
52.         // 添加几本书籍
53.         library.addBook(new Book("The Great Gatsby", "F. Scott Fitzgerald", "978-0743273565"));
54.         library.addBook(new Book("To Kill a Mockingbird", "Harper Lee", "978-0061120084"));
55.         library.addBook(new Book("1984", "George Orwell", "978-0451524935"));
57.         // 显示所有书籍
58.         System.out.println("All Books:");
59.         library.displayBooks();
61.         // 删除一本书籍
62.         library.removeBook("978-0061120084");
64.         // 再次显示所有书籍
65.         System.out.println("\nBooks after removal:");
66.         library.displayBooks();
67.     }
68. }

复制代码

在上述代码中：

• Book 类包含书名、作者和ISBN三个属性，并重写了 toString() 方法以便于输出书籍信息。
  
• Library 类包含一个 books 列表，用于存储 Book 对象。它提供了 addBook() 方法来添加书籍，removeBook() 方法来删除书籍（通过ISBN），以及 displayBooks() 方法来表现所有书籍。
  
• Main 类是步调的入口点，它创建了一个 Library 对象，添加了几本书，表现了所有书籍，然后删除了一本书并再次表现书籍列表。
  

这个简单的图书管理系统展示了怎样使用类、对象、集合和面向对象的编程概念来构建一个小型的应用步调。
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