[622][中等] 设计循环队列

题目描述

622. 设计循环队列

设计你的循环队列实现。 循环队列是一种线性数据结构，其操作表现基于 FIFO（先进先出）原则并且队尾被连接在队首之后以形成一个循环。它也被称为“环形缓冲器”。

循环队列的一个好处是我们可以利用这个队列之前用过的空间。在一个普通队列里，一旦一个队列满了，我们就不能插入下一个元素，即使在队列前面仍有空间。但是使用循环队列，我们能使用这些空间去存储新的值。

你的实现应该支持如下操作：

MyCircularQueue(k): 构造器，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。如果成功插入则返回真。 deQueue(): 从循环队列中删除一个元素。如果成功删除则返回真。 isEmpty(): 检查循环队列是否为空。 isFull(): 检查循环队列是否已满。

示例：

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

提示：

• 所有的值都在 0 至 1000 的范围内；

• 操作数将在 1 至 1000 的范围内；

• 请不要使用内置的队列库。

解题思路

使用数组模拟循环队列. 两种思路:

• 记录head和tail的位置, 且tail位置在最后一个有效元素之后. 这样head和tail位置重叠时, 只有队列为空或已满两个选项, 使用特殊标记区分就好. 下面的代码使用的是这个思路

• 记录head和当前队列的长度count, 那么tail的位置是可以通过$(head+count-1) \% capacity$计算得到的, capacity是队列的最大容量. 出队和入队head和tail的新索引都可以使用$(index + 1) \% capacity$计算得到

class MyCircularQueue:
    def __init__(self, k: int):
        self.k = k
        self.queue = [None] * k
        self.left = self.right = 0

    def enQueue(self, value: int) -> bool:
        if not self.isFull():
            self.queue[self.right] = value
            self.right = self.right_index(self.right)
            return True
        return False

    def deQueue(self) -> bool:
        if not self.isEmpty():
            self.left = self.right_index(self.left)
            if self.left == self.right:
                self.queue[self.left] = None
            return True
        return False

    def Front(self) -> int:
        if self.isEmpty():
            return -1
        return self.queue[self.left]

    def Rear(self) -> int:
        if self.isEmpty():
            return -1
        return self.queue[self.left_index(self.right)]


    def isEmpty(self) -> bool:
        return self.left == self.right and self.queue[self.right] is None
    def isFull(self) -> bool:
        return self.left == self.right and self.queue[self.right] is not None

    def left_index(self, index):
        return self.k - 1 if index == 0 else index - 1

    def right_index(self, index):
        return 0 if index == self.k - 1 else index + 1


# Your MyCircularQueue object will be instantiated and called as such:
# obj = MyCircularQueue(k)
# param_1 = obj.enQueue(value)
# param_2 = obj.deQueue()
# param_3 = obj.Front()
# param_4 = obj.Rear()
# param_5 = obj.isEmpty()
# param_6 = obj.isFull()