V tomto návode sa dozviete, čo je to rad. Nájdete tiež implementáciu frontu v jazykoch C, C ++, Java a Python.
Fronta je užitočná dátová štruktúra v programovaní. Je to podobné ako v poradí lístkov pred kinosálou, kde prvá osoba, ktorá vstúpi do radu, je prvou osobou, ktorá lístok dostane.
Poradie sa riadi pravidlom FIFO (First In First Out) - položka, ktorá vstúpi ako prvá, je položka, ktorá vyjde ako prvá.
Zastúpenie frontu FIFO
Pretože na obrázku vyššie je 1, bol vo fronte ponechaný pred 2, a preto je ako prvý odstránený aj z frontu. Riadi sa pravidlom FIFO .
Z programového hľadiska sa vkladanie položiek do frontu nazýva enqueue a odstraňovanie položiek z frontu dequeue .
Frontu môžeme implementovať v ľubovoľnom programovacom jazyku, ako je C, C ++, Java, Python alebo C #, ale špecifikácia je takmer rovnaká.
Základné operácie frontu
Fronta je objekt (abstraktná dátová štruktúra - ADT), ktorý umožňuje nasledujúce operácie:
- Poradie : Pridajte prvok na koniec poradia
- Dequeue : Odstráňte prvok z prednej časti frontu
- IsEmpty : Skontrolujte, či je rad prázdny
- IsFull : Skontrolujte, či je front plný
- Peek : Získajte hodnotu prednej časti frontu bez jej odstránenia
Práca vo fronte
Operácie vo fronte fungujú takto:
- dva ukazovatele PREDNÉ a ZADNÉ
- FRONT sleduje prvý prvok vo fronte
- REAR sleduje posledný prvok vo fronte
- spočiatku nastavte hodnotu FRONT a REAR na -1
Zaradiť operáciu
- skontrolujte, či je rad plný
- pre prvý prvok nastavte hodnotu FRONT na 0
- zvýšiť REAR index o 1
- pridajte nový prvok do polohy, na ktorú ukazuje REAR
Operácia zrušenia fronty
- skontrolujte, či je rad prázdny
- vráti hodnotu označenú FRONT
- zvýšiť PREDNÝ index o 1
- pre posledný prvok resetujte hodnoty PREDNÉHO a ZADNÉHO na -1
Operácie zaradenia a zaradenia
Implementácie front v Pythone, Jave, C a C ++
Polia zvyčajne používame na implementáciu front v jazykoch Java a C / ++. V prípade Pythonu používame zoznamy.
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; )
Obmedzenia poradia
Ako vidíte na obrázku nižšie, po troche zaradenia a oddialenia sa veľkosť frontu zmenšila.
Obmedzenie poradia
Indexy 0 a 1 môžeme pridať iba vtedy, keď sa fronta vynuluje (keď boli všetky prvky vyradené).
Keď REAR dosiahne posledný index, ak môžeme uložiť ďalšie prvky do prázdnych medzier (0 a 1), môžeme tieto medzery využiť. Realizuje sa to upraveným radom, ktorý sa nazýva kruhový rad.
Analýza zložitosti
Zložitosť operácií zaradenia a zrušenia zaradenia do frontu pomocou poľa je O(1).
Aplikácie frontu
- Plánovanie CPU, plánovanie disku
- Keď sa údaje asynchrónne prenášajú medzi dvoma procesmi. Na synchronizáciu sa používa front. Napríklad: IO Buffers, pipe, file IO, atď
- Spracovanie prerušení v systémoch v reálnom čase.
- Telefónne systémy Call Center používajú fronty, aby udržali ľudí, ktorí im volajú, v poriadku.
Odporúčané čítania
- Typy frontu
- Kruhový front
- Deque dátová štruktúra
- Prioritný front
