题目形容

这是 LeetCode 上的 622. 设计循环队列 ，难度为 中等。

Tag : 「设计数据结构」、「队列」

设计你的循环队列实现。 循环队列是一种线性数据结构，其操作体现基于 FIFO（先进先出）准则并且队尾被连贯在队首之后以造成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。

循环队列的一个益处是咱们能够利用这个队列之前用过的空间。在一个一般队列里，一旦一个队列满了，咱们就不能插入下一个元素，即便在队列后面仍有空间。然而应用循环队列，咱们能应用这些空间去存储新的值。

你的实现应该反对如下操作：

  • MyCircularQueue(k): 结构器，设置队列长度为 $k$ 。
  • Front: 从队首获取元素。如果队列为空，返回 $-1$ 。
  • Rear: 获取队尾元素。如果队列为空，返回 $-1$ 。
  • enQueue(value): 向循环队列插入一个元素。如果胜利插入则返回真。
  • deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果胜利删除则返回真。
  • isEmpty(): 查看循环队列是否为空。
  • isFull(): 查看循环队列是否已满。

示例：

MyCircularQueue circularQueue = new MyCircularQueue(3); // 设置长度为 3circularQueue.enQueue(1);  // 返回 truecircularQueue.enQueue(2);  // 返回 truecircularQueue.enQueue(3);  // 返回 truecircularQueue.enQueue(4);  // 返回 false，队列已满circularQueue.Rear();  // 返回 3circularQueue.isFull();  // 返回 truecircularQueue.deQueue();  // 返回 truecircularQueue.enQueue(4);  // 返回 truecircularQueue.Rear();  // 返回 4

提醒：

  • 所有的值都在 $0$ 至 $1000$ 的范畴内；
  • 操作数将在 $1$ 至 $1000$ 的范畴内；
  • 请不要应用内置的队列库。

数据结构

创立一个长度为 $k$ 的数组充当循环队列，应用两个变量 he 和 ta 来充当队列头和队列尾（起始均为 $0$），整个过程 he 始终指向队列头部，ta 始终指向队列尾部的下一地位（待插入元素地位）。

两变量始终自增，通过与 $k$ 取模来确定理论地位。

剖析各类操作的根本逻辑：

  • isEmpty 操作：当 he 和 ta 相等，队列存入元素和取出元素的次数雷同，此时队列为空；
  • isFull 操作：ta - he 即队列元素个数，当元素个数为 $k$ 个时，队列已满；
  • enQueue 操作：若队列已满，返回 $-1$，否则在 nums[ta % k] 地位存入目标值，并将 ta 指针后移；
  • deQueue 操作：若队列为空，返回 $-1$，否则将 he 指针后移，含意为弹出队列头部元素；
  • Front 操作：若队列为空，返回 $-1$，否则返回 nums[he % k] 队头元素；
  • Rear 操作：若队列为空，返回 $-1$，否则返回 nums[(ta - 1) % k] 队尾元素；

Java 代码：

class MyCircularQueue {    int k, he, ta;    int[] nums;    public MyCircularQueue(int _k) {        k = _k;        nums = new int[k];    }    public boolean enQueue(int value) {        if (isFull()) return false;        nums[ta % k] = value;        return ++ta >= 0;    }    public boolean deQueue() {        if (isEmpty()) return false;        return ++he >= 0;    }    public int Front() {        return isEmpty() ? -1 : nums[he % k];    }    public int Rear() {        return isEmpty() ? -1 : nums[(ta - 1) % k];    }    public boolean isEmpty() {        return he == ta;    }    public boolean isFull() {        return ta - he == k;    }}

TypeScript 代码：

class MyCircularQueue {    k: number = 0; he: number = 0; ta: number = 0;    nums: number[];    constructor(k: number) {        this.k = k        this.nums = new Array<number>(this.k)    }    enQueue(value: number): boolean {        if (this.isFull()) return false        this.nums[this.ta % this.k] = value        return this.ta++ >= 0    }    deQueue(): boolean {        if (this.isEmpty()) return false        return this.he++ >= 0    }    Front(): number {        return this.isEmpty() ? -1 : this.nums[this.he % this.k]    }    Rear(): number {        return this.isEmpty() ? -1 : this.nums[(this.ta - 1) % this.k]    }    isEmpty(): boolean {        return this.he == this.ta    }    isFull(): boolean {        return this.ta - this.he == this.k    }}
  • 工夫复杂度：构造函数复杂度为 $O(k)$，其余操作复杂度为 $O(1)$
  • 空间复杂度：$O(k)$

最初

这是咱们「刷穿 LeetCode」系列文章的第 No.622 篇，系列开始于 2021/01/01，截止于起始日 LeetCode 上共有 1916 道题目，局部是有锁题，咱们将先把所有不带锁的题目刷完。

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