【发布时间】：2015-09-17 13:37:23
【问题描述】：
我目前正在研究普林斯顿算法第一部分中的Queues assignment。其中一项任务是实现一个随机队列。这是一个关于使用不同数据结构的实现和权衡的问题。
问题：
随机队列类似于堆栈或队列，只是删除的项目是从数据结构中的项目中均匀随机选择的。创建实现以下 API 的通用数据类型 RandomizedQueue：
public class RandomizedQueue<Item> implements Iterable<Item> {
public RandomizedQueue() // construct an empty randomized queue
public boolean isEmpty() // is the queue empty?
public int size() // return the number of items on the queue
public void enqueue(Item item) // add the item
public Item dequeue() // remove and return a random item
public Item sample() // return (but do not remove) a random item
public Iterator<Item> iterator() // return an independent iterator over items in random order
public static void main(String[] args) // unit testing
}
这里的关键是实现出队操作和迭代器，因为出队移除并返回一个随机元素，并且迭代器以随机顺序遍历队列。
1.数组实现：
我考虑的主要实现是数组实现。除了随机性之外，这将与数组队列的实现相同。
查询 1.1： 对于出队操作，我只是简单地从数组的大小中随机选择一个数字并返回该项目，然后将数组中的最后一项移动到返回的位置项目。
但是，这种方法会改变队列的顺序。在这种情况下，这并不重要，因为我以随机顺序出队。但是，我想知道是否有一种时间/内存有效的方法来从数组中取出一个随机元素，同时保留队列的顺序，而不必创建一个新数组并将所有数据传输给它。
// Current code for dequeue - changes the order of the array after dequeue
private int[] queue; // array queue
private int N; // number of items in the queue
public Item dequeue() {
if (isEmpty()) throw NoSuchElementException("Queue is empty");
int randomIndex = StdRandom.uniform(N);
Item temp = queue[randomIndex]
if (randomIndex == N - 1) {
queue[randomIndex] = null; // to avoid loitering
} else {
queue[randomIndex] = queue[N - 1];
queue[randomIndex] = null;
}
// code to resize array
N--;
return temp;
}
查询 1.2： 为了让迭代器满足随机返回元素的要求，我用队列的所有索引创建了一个新数组，然后用 Knuth shuffle 操作对数组进行混洗并返回队列中那些特定索引处的元素。但是，这涉及创建一个与队列长度相等的新数组。同样，我确信我错过了一种更有效的方法。
2。内部类实现
第二种实现涉及一个内部节点类。
public class RandomizedQueue<Item> {
private static class Node<Item> {
Item item;
Node<Item> next;
Node<Item> previous;
}
}
查询 2.1。 在这种情况下，我了解如何有效地执行出队操作：返回一个随机节点并更改相邻节点的引用。
但是，我对如何返回一个以随机顺序返回节点的迭代器感到困惑，而不必创建一个以随机顺序附加节点的全新队列。
此外，除了可读性和易于实现之外，在数组上使用这种数据结构还有什么好处？
这篇文章有点长。感谢你们花时间阅读我的问题并帮助我。谢谢！
【问题讨论】：
标签： java random data-structures queue