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622. 设计循环队列

描述

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。

实例

1、
  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

思路

1、使用数组做虚拟环
2、队头下标可以是数组下标任何位置，队尾使用公式计算得出

实现

/**
 * @param {number} k
 */
var MyCircularQueue = function (k) {
  this.maxLen = k;
  this.count = 0;
  this.headIndex = 0;
  this.queue = [];
};

/**
 * @param {number} value
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.enQueue = function (value) {
  if (this.isFull()) return false;

  this.queue[(this.headIndex + this.count) % this.maxLen] = value;
  this.count++;
  return true;
};

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.deQueue = function () {
  if (this.isEmpty()) return false;

  this.headIndex = (this.headIndex + 1) % this.maxLen;
  this.count--;
  return true;
};

/**
 * @return {number}
 */
MyCircularQueue.prototype.Front = function () {
  if (this.isEmpty()) return -1;
  return this.queue[this.headIndex];
};

/**
 * @return {number}
 */
MyCircularQueue.prototype.Rear = function () {
  if (this.isEmpty()) return -1;

  const tailIndex = (this.headIndex + this.count - 1) % this.maxLen;
  return this.queue[tailIndex];
};

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.isEmpty = function () {
  return this.count === 0;
};

/**
 * @return {boolean}
 */
MyCircularQueue.prototype.isFull = function () {
  return this.count === this.maxLen;
};

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

实现-复杂度分析
时间复杂度：O(1)，没有任何循环或递归，所以时间复杂度为 O(1)
空间复杂度：O(n)，因为创建了 queue，n 代表队列长度

官方

// java
class MyCircularQueue {

  private int[] queue;
  private int headIndex;
  private int count;
  private int capacity;

  /** Initialize your data structure here. Set the size of the queue to be k. */
  public MyCircularQueue(int k) {
    this.capacity = k;
    this.queue = new int[k];
    this.headIndex = 0;
    this.count = 0;
  }

  /** Insert an element into the circular queue. Return true if the operation is successful. */
  public boolean enQueue(int value) {
    if (this.count == this.capacity)
      return false;
    this.queue[(this.headIndex + this.count) % this.capacity] = value;
    this.count += 1;
    return true;
  }

  /** Delete an element from the circular queue. Return true if the operation is successful. */
  public boolean deQueue() {
    if (this.count == 0)
      return false;
    this.headIndex = (this.headIndex + 1) % this.capacity;
    this.count -= 1;
    return true;
  }

  /** Get the front item from the queue. */
  public int Front() {
    if (this.count == 0)
      return -1;
    return this.queue[this.headIndex];
  }

  /** Get the last item from the queue. */
  public int Rear() {
    if (this.count == 0)
      return -1;
    int tailIndex = (this.headIndex + this.count - 1) % this.capacity;
    return this.queue[tailIndex];
  }

  /** Checks whether the circular queue is empty or not. */
  public boolean isEmpty() {
    return (this.count == 0);
  }

  /** Checks whether the circular queue is full or not. */
  public boolean isFull() {
    return (this.count == this.capacity);
  }
}

官方-复杂度分析
时间复杂度：O(1)。该数据结构中，所有方法都具有恒定的时间复杂度。
空间复杂度：O(N)，其中 N 是队列的预分配容量。循环队列的整个生命周期中，都持有该预分配的空间。