V tomto kurzu se dozvíte, co je to fronta. Také najdete implementaci fronty v C, C ++, Javě a Pythonu.
Fronta je užitečná datová struktura v programování. Je to podobné jako s frontou lístků před kinosálem, kde první osoba vstupující do fronty je první osobou, která lístek získá.
Fronta se řídí pravidlem FIFO (First In First Out) - položka, která vstoupí jako první, je položka, která vyjde jako první.
Zastoupení fronty FIFO
Ve výše uvedeném obrázku, protože 1 byl ve frontě udržován před 2, je také první, který bude z fronty odstraněn. Z toho vyplývá, FIFO pravidlo.
V programovacích podmínkách se vkládání položek do fronty nazývá enqueue a odebrání položek z fronty dequeue .
Frontu můžeme implementovat v libovolném programovacím jazyce, jako je C, C ++, Java, Python nebo C #, ale specifikace je téměř stejná.
Základní operace fronty
Fronta je objekt (abstraktní datová struktura - ADT), který umožňuje následující operace:
- Zařadit : Přidejte prvek na konec fronty
- Dequeue : Odeberte prvek z přední části fronty
- IsEmpty : Zkontrolujte, zda je fronta prázdná
- IsFull : Zkontrolujte, zda je fronta plná
- Peek : Získejte hodnotu přední části fronty, aniž byste ji odebrali
Práce ve frontě
Operace fronty fungují následovně:
- dva ukazatele PŘEDNÍ a ZADNÍ
- FRONT sleduje první prvek ve frontě
- REAR sleduje poslední prvek ve frontě
- zpočátku nastavte hodnotu FRONT a REAR na -1
Zařadit operaci
- zkontrolujte, zda je fronta plná
- pro první prvek nastavte hodnotu FRONT na 0
- zvýšit REAR index o 1
- přidejte nový prvek do polohy, na kterou ukazuje REAR
Operace se zařazením do fronty
- zkontrolujte, zda je fronta prázdná
- vrací hodnotu označenou FRONT
- zvýšit PŘEDNÍ index o 1
- pro poslední prvek resetujte hodnoty PŘEDNÍ a ZADNÍ na -1
Operace zařazování a zařazování do fronty
Implementace fronty v Pythonu, Javě, C a C ++
K implementaci front v Javě a C / ++ obvykle používáme pole. V případě Pythonu používáme seznamy.
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; )
Omezení fronty
Jak můžete vidět na obrázku níže, po troše enqueuingu a dequeuingu byla velikost fronty zmenšena.
Omezení fronty
A můžeme přidat indexy 0 a 1 pouze tehdy, když je fronta resetována (když byly všechny prvky vyřazeny).
Když REAR dosáhne posledního indexu, můžeme-li do prázdných mezer (0 a 1) uložit další prvky, můžeme prázdné mezery využít. To je implementováno upravenou frontou zvanou kruhová fronta.
Analýza složitosti
Složitost operací zařazení a zařazení do fronty pomocí pole je O(1).
Aplikace fronty
- Plánování CPU, plánování disku
- Při asynchronním přenosu dat mezi dvěma procesy. Fronta se používá k synchronizaci. Například: IO Buffers, pipe, file IO, atd
- Zpracování přerušení v systémech v reálném čase.
- Telefonní systémy call centra používají fronty k udržení lidí, kteří jim volají, v pořádku.
Doporučené četby
- Typy fronty
- Kruhová fronta
- Deque datová struktura
- Prioritní fronta
