راهنمای کامل ساختار داده صف در جاوا

Summarize this content to 400 words in Persian Lang
خوش آمدید، رزمندگان رمز! امروز، ما در آستانه سفری حماسی به دنیای صف ها هستیم. تصور کنید که در صف قهوه مورد علاقه خود منتظر بمانید یا یک بلیط در یک پارک موضوعی در دست بگیرید – این دقیقاً همان صف است، اما با کافئین بسیار کمتر و بچه هایی که جیغ می زنند. چه یک توسعه دهنده تازه کار یا یک شعبده باز کد باتجربه باشید، دست و پنجه نرم کنید و برای تسلط بر هر چیز در مورد صف ها آماده شوید. بیایید عمیق شیرجه بزنیم!

1. صف چیست؟

الف صف یک ساختار داده خطی است که از First-In-First-Out (FIFO) اصل درست مانند کاری که در صف های دنیای واقعی انجام می دهید، اولین فردی که به خط می پیوندد اولین کسی است که به او خدمات داده می شود. در اصطلاح برنامه نویسی، اولین عنصر اضافه شده به صف اولین عنصری است که حذف می شود.

2. چرا از صف استفاده کنیم؟

حفظ سفارش : وظایفی که باید به همان ترتیبی که می رسند پردازش شوند.
انصاف : با فرآیندها به طور مساوی رفتار می شود و از گرسنگی جلوگیری می شود.
پردازش موازی : در سناریوهایی مانند زمان‌بندی وظایف، کارهای چاپ یا بافر داده‌ها مفید است.موارد استفاده مثال :
زمان بندی CPU در سیستم عامل ها
رسیدگی به درخواست ها در وب سرورها
BFS (Breadth-First Search) در پیمایش نمودار.

3. صف چگونه کار می کند؟

صف را به عنوان یک خیابان یک طرفه با دو عملیات در نظر بگیرید:

قرار دادن (افزودن) : یک مورد را به انتهای خط اضافه می کند.
Dequeue (حذف) : مورد را از جلو حذف می کند.**راهنمای کامل ساختار داده صف در جاوا*

خوش آمدید، رزمندگان رمز! امروز، ما در آستانه سفری حماسی به دنیای صف ها هستیم. تصور کنید که در صف قهوه مورد علاقه خود منتظر بمانید یا یک بلیط در یک پارک موضوعی در دست بگیرید – این دقیقاً همان صف است، اما با کافئین بسیار کمتر و بچه هایی که جیغ می زنند. چه یک توسعه دهنده تازه کار یا یک شعبده باز کد باتجربه باشید، دست و پنجه نرم کنید و برای تسلط بر هر چیز در مورد صف ها آماده شوید. بیایید عمیق شیرجه بزنیم!

1. صف چیست؟

الف صف یک ساختار داده خطی است که از First-In-First-Out (FIFO) اصل درست مانند کاری که در صف های دنیای واقعی انجام می دهید، اولین فردی که به خط می پیوندد اولین کسی است که به او خدمات داده می شود. در اصطلاح برنامه نویسی، اولین عنصر اضافه شده به صف اولین عنصری است که حذف می شود.

2. چرا از صف استفاده کنیم؟

حفظ سفارش : وظایفی که باید به همان ترتیبی که می رسند پردازش شوند.
انصاف : با فرآیندها به طور مساوی رفتار می شود و از گرسنگی جلوگیری می شود.
پردازش موازی : در سناریوهایی مانند زمان‌بندی وظایف، کارهای چاپ یا بافر داده‌ها مفید است.موارد استفاده مثال :
زمان بندی CPU در سیستم عامل ها
رسیدگی به درخواست ها در وب سرورها
BFS (Breadth-First Search) در پیمایش نمودار.

3. صف چگونه کار می کند؟

صف را به عنوان یک خیابان یک طرفه با دو عملیات در نظر بگیرید:

قرار دادن (افزودن) : یک مورد را به انتهای خط اضافه می کند.
Dequeue (حذف) : مورد را از جلو حذف می کند.توجه: اگر سعی کردید از یک صف خالی حذف کنید، به شما تبریک می‌گوییم -**راهنمای کامل ساختار داده صف در جاوا*

خوش آمدید، رزمندگان رمز! امروز، ما در آستانه سفری حماسی به دنیای صف ها هستیم. تصور کنید که در صف قهوه مورد علاقه خود منتظر بمانید یا یک بلیط در یک پارک موضوعی در دست بگیرید – این دقیقاً همان صف است، اما با کافئین بسیار کمتر و بچه هایی که جیغ می زنند. چه یک توسعه دهنده تازه کار یا یک شعبده باز کد باتجربه باشید، دست و پنجه نرم کنید و برای تسلط بر هر چیز در مورد صف ها آماده شوید. بیایید عمیق شیرجه بزنیم!

1. صف چیست؟

الف صف یک ساختار داده خطی است که از First-In-First-Out (FIFO) اصل درست مانند کاری که در صف های دنیای واقعی انجام می دهید، اولین فردی که به خط می پیوندد اولین کسی است که به او خدمات داده می شود. در اصطلاح برنامه نویسی، اولین عنصر اضافه شده به صف اولین عنصری است که حذف می شود.

2. چرا از صف استفاده کنیم؟

حفظ سفارش : وظایفی که باید به همان ترتیبی که می رسند پردازش شوند.
انصاف : با فرآیندها به طور مساوی رفتار می شود و از گرسنگی جلوگیری می شود.
پردازش موازی : در سناریوهایی مانند زمان‌بندی وظایف، کارهای چاپ یا بافر داده‌ها مفید است.موارد استفاده مثال :
زمان بندی CPU در سیستم عامل ها
رسیدگی به درخواست ها در وب سرورها
BFS (Breadth-First Search) در پیمایش نمودار.

3. صف چگونه کار می کند؟

صف را به عنوان یک خیابان یک طرفه با دو عملیات در نظر بگیرید:

قرار دادن (افزودن) : یک مورد را به انتهای خط اضافه می کند.

Dequeue (حذف) : مورد را از جلو حذف می کند.توجه: اگر سعی کردید از یک صف خالی حذف شوید، به شما تبریک می‌گوییم – شما با افراد مخوف روبرو شده‌اید. EmptyQueueException**!*

4. صف ها چگونه در حافظه نمایش داده می شوند؟

صف ها را می توان به روش های مختلفی نشان داد:

صف خطی : آرایه ساده ای که نشانگرهای جلو و عقب شروع و پایان صف را دنبال می کنند.
صف دایره ای : با اتصال انتهای به شروع و بهینه سازی فضا، بر محدودیت صف های خطی غلبه می کند.چیدمان حافظه :
صف مبتنی بر آرایه : از بلوک های حافظه پیوسته استفاده می کند.
صف مبتنی بر لیست پیوندی : از گره هایی استفاده می کند که به یکدیگر اشاره می کنند و اندازه پویا را امکان پذیر می کند.

5. انواع صف

بیایید مطمئن شویم که مغز شما بیش از حد سردرگمی را در صف قرار نمی دهد! در اینجا خلاصه ای سریع از انواع مختلف آورده شده است:

صف ساده :

عملیات: enqueue()، dequeue()، peek()، isEmpty().

صف دایره ای :

انتهای به جلو متصل می شود و از فضای بلا استفاده جلوگیری می کند.

زمانی مفید است که حافظه با اندازه ثابت حیاتی باشد (به عنوان مثال، بافر در جریان).

صف اولویت :

نه FIFO در عوض، عناصر بر اساس اولویت صف بندی می شوند.

مثال: برنامه ریزی پروازهایی که مسافران VIP ابتدا سوار می شوند.

Deque (صف دو انتها) :

می توانید عناصر را از هر دو طرف اضافه یا حذف کنید.

به آن به عنوان چاقوی ارتش سوئیس در صف ها فکر کنید.

مسدود کردن صف (تخصص کنکور):

صف‌های امن رشته‌ای که از عملیات‌هایی پشتیبانی می‌کنند که منتظر خالی/پر شدن صف هستند.

مورد استفاده در برنامه نویسی چند رشته ای (مثلا مورد استفاده در برنامه نویسی چند رشته ای (مثلا LinkedBlockingQueue ).

6. نحوه ایجاد یک صف در جاوا

***راهنمای کامل ساختار داده صف در جاوا*

خوش آمدید، رزمندگان رمز! امروز، ما در آستانه سفری حماسی به دنیای صف ها هستیم. تصور کنید که در صف قهوه مورد علاقه خود منتظر بمانید یا یک بلیط در یک پارک موضوعی در دست بگیرید – این دقیقاً همان صف است، اما با کافئین بسیار کمتر و بچه هایی که جیغ می زنند. چه یک توسعه دهنده تازه کار یا یک شعبده باز کد باتجربه باشید، دست و پنجه نرم کنید و برای تسلط بر هر چیز در مورد صف ها آماده شوید. بیایید عمیق شیرجه بزنیم!

1. صف چیست؟

الف صف یک ساختار داده خطی است که از First-In-First-Out (FIFO) اصل درست مانند کاری که در صف های دنیای واقعی انجام می دهید، اولین فردی که به خط می پیوندد اولین کسی است که به او خدمات داده می شود. در اصطلاح برنامه نویسی، اولین عنصر اضافه شده به صف اولین عنصری است که حذف می شود.

2. چرا از صف استفاده کنیم؟

حفظ سفارش : وظایفی که باید به همان ترتیبی که می رسند پردازش شوند.
انصاف : با فرآیندها به طور مساوی رفتار می شود و از گرسنگی جلوگیری می شود.
پردازش موازی : در سناریوهایی مانند زمان‌بندی وظایف، کارهای چاپ یا بافر داده‌ها مفید است.موارد استفاده مثال :
زمان بندی CPU در سیستم عامل ها
رسیدگی به درخواست ها در وب سرورها
BFS (Breadth-First Search) در پیمایش نمودار.

3. صف چگونه کار می کند؟

صف را به عنوان یک خیابان یک طرفه با دو عملیات در نظر بگیرید:

قرار دادن (افزودن) : یک مورد را به انتهای خط اضافه می کند.
Dequeue (حذف) : مورد را از جلو حذف می کند.**راهنمای کامل ساختار داده صف در جاوا*

خوش آمدید، رزمندگان رمز! امروز، ما در آستانه سفری حماسی به دنیای صف ها هستیم. تصور کنید که در صف قهوه مورد علاقه خود منتظر بمانید یا یک بلیط در یک پارک موضوعی در دست بگیرید – این دقیقاً همان صف است، اما با کافئین بسیار کمتر و بچه هایی که جیغ می زنند. چه یک توسعه دهنده تازه کار یا یک شعبده باز کد باتجربه باشید، دست و پنجه نرم کنید و برای تسلط بر هر چیز در مورد صف ها آماده شوید. بیایید عمیق شیرجه بزنیم!

1. صف چیست؟

الف صف یک ساختار داده خطی است که از First-In-First-Out (FIFO) اصل درست مانند کاری که در صف های دنیای واقعی انجام می دهید، اولین فردی که به خط می پیوندد اولین کسی است که به او خدمات داده می شود. در اصطلاح برنامه نویسی، اولین عنصر اضافه شده به صف اولین عنصری است که حذف می شود.

2. چرا از صف استفاده کنیم؟

حفظ سفارش : وظایفی که باید به همان ترتیبی که می رسند پردازش شوند.
انصاف : با فرآیندها به طور مساوی رفتار می شود و از گرسنگی جلوگیری می شود.
پردازش موازی : در سناریوهایی مانند زمان‌بندی وظایف، کارهای چاپ یا بافر داده‌ها مفید است.موارد استفاده مثال :
زمان بندی CPU در سیستم عامل ها
رسیدگی به درخواست ها در وب سرورها
BFS (Breadth-First Search) در پیمایش نمودار.

3. صف چگونه کار می کند؟

صف را به عنوان یک خیابان یک طرفه با دو عملیات در نظر بگیرید:

قرار دادن (افزودن) : یک مورد را به انتهای خط اضافه می کند.
Dequeue (حذف) : مورد را از جلو حذف می کند.توجه: اگر سعی کردید از یک صف خالی حذف کنید، به شما تبریک می‌گوییم -**راهنمای کامل ساختار داده صف در جاوا*

خوش آمدید، رزمندگان رمز! امروز، ما در آستانه سفری حماسی به دنیای صف ها هستیم. تصور کنید که در صف قهوه مورد علاقه خود منتظر بمانید یا یک بلیط در یک پارک موضوعی در دست بگیرید – این دقیقاً همان صف است، اما با کافئین بسیار کمتر و بچه هایی که جیغ می زنند. چه یک توسعه دهنده تازه کار یا یک شعبده باز کد باتجربه باشید، دست و پنجه نرم کنید و برای تسلط بر هر چیز در مورد صف ها آماده شوید. بیایید عمیق شیرجه بزنیم!

1. صف چیست؟

الف صف یک ساختار داده خطی است که از First-In-First-Out (FIFO) اصل درست مانند کاری که در صف های دنیای واقعی انجام می دهید، اولین فردی که به خط می پیوندد اولین کسی است که به او خدمات داده می شود. در اصطلاح برنامه نویسی، اولین عنصر اضافه شده به صف اولین عنصری است که حذف می شود.

2. چرا از صف استفاده کنیم؟

حفظ سفارش : وظایفی که باید به همان ترتیبی که می رسند پردازش شوند.
انصاف : با فرآیندها به طور مساوی رفتار می شود و از گرسنگی جلوگیری می شود.
پردازش موازی : در سناریوهایی مانند زمان‌بندی وظایف، کارهای چاپ یا بافر داده‌ها مفید است.موارد استفاده مثال :
زمان بندی CPU در سیستم عامل ها
رسیدگی به درخواست ها در وب سرورها
BFS (Breadth-First Search) در پیمایش نمودار.

3. صف چگونه کار می کند؟

صف را به عنوان یک خیابان یک طرفه با دو عملیات در نظر بگیرید:

قرار دادن (افزودن) : یک مورد را به انتهای خط اضافه می کند.

Dequeue (حذف) : مورد را از جلو حذف می کند.توجه: اگر سعی کردید از یک صف خالی حذف شوید، به شما تبریک می‌گوییم – شما با افراد مخوف روبرو شده‌اید. EmptyQueueException**!*

4. صف ها چگونه در حافظه نمایش داده می شوند؟

صف ها را می توان به روش های مختلفی نشان داد:

صف خطی : آرایه ساده ای که نشانگرهای جلو و عقب شروع و پایان صف را دنبال می کنند.
صف دایره ای : با اتصال انتهای به شروع و بهینه سازی فضا، بر محدودیت صف های خطی غلبه می کند.چیدمان حافظه :
صف مبتنی بر آرایه : از بلوک های حافظه پیوسته استفاده می کند.
صف مبتنی بر لیست پیوندی : از گره هایی استفاده می کند که به یکدیگر اشاره می کنند و اندازه پویا را امکان پذیر می کند.

5. انواع صف

بیایید مطمئن شویم که مغز شما بیش از حد سردرگمی را در صف قرار نمی دهد! در اینجا خلاصه ای سریع از انواع مختلف آورده شده است:

صف ساده :

عملیات: enqueue()، dequeue()، peek()، isEmpty().

صف دایره ای :

انتهای به جلو متصل می شود و از فضای بلا استفاده جلوگیری می کند.

زمانی مفید است که حافظه با اندازه ثابت حیاتی باشد (به عنوان مثال، بافر در جریان).

صف اولویت :

نه FIFO در عوض، عناصر بر اساس اولویت صف بندی می شوند.

مثال: برنامه ریزی پروازهایی که مسافران VIP ابتدا سوار می شوند.

Deque (صف دو طرفه) :

می توانید عناصر را از هر دو طرف اضافه یا حذف کنید.

به آن به عنوان چاقوی ارتش سوئیس در صف ها فکر کنید.

مسدود کردن صف (تخصص کنکور):

صف‌های امن رشته‌ای که از عملیات‌هایی پشتیبانی می‌کنند که منتظر خالی/پر شدن صف هستند.

مورد استفاده در برنامه نویسی چند رشته ای (مثلا مورد استفاده در برنامه نویسی چند رشته ای (مثلا LinkedBlockingQueue ).

6. نحوه ایجاد یک صف در جاوا

اجرای صف اولیه با Queue رابط **:

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class QueueExample {
public static void main(String[] args) {
Queue<String> queue = new LinkedList<>();

// Enqueue operations
queue.offer(“Alice”);
queue.offer(“Bob”);
queue.offer(“Charlie”);

// Peek and Dequeue operations
System.out.println(“Front of the queue: ” + queue.peek()); // Alice
System.out.println(“Removing: ” + queue.poll()); // Alice
System.out.println(“Next front: ” + queue.peek()); // Bob
}
}

وارد حالت تمام صفحه شوید

از حالت تمام صفحه خارج شوید

پیاده سازی صف های متداول در جاوا :

LinkedList (به صورت صف): پیاده می کند Queue رابط کاربری
PriorityQueue : یک صف مبتنی بر اولویت را پیاده سازی می کند.
ArrayDeque : کارآمد برای هر دو FIFO و LIFO.نمونه صف دایره ای :

class CircularQueue {
private int[] queue;
private int front, rear, size;

public CircularQueue(int capacity) {
queue = new int[capacity];
front = 0;
rear = -1;
size = 0;
}

public void enqueue(int value) {
if (size == queue.length) throw new IllegalStateException(“Queue is full”);
rear = (rear + 1) % queue.length;
queue[rear] = value;
size++;
}

public int dequeue() {
if (size == 0) throw new IllegalStateException(“Queue is empty”);
int value = queue[front];
front = (front + 1) % queue.length;
size–;
return value;
}
}

وارد حالت تمام صفحه شوید

از حالت تمام صفحه خارج شوید

روش های کلیدی Queue در جاوا

offer(E e) : یک عنصر را به صف اضافه می کند (برمی گرداند false اگر صف در صف های محدود پر باشد).

poll() : سر صف را حذف و برمی گرداند. برمی گرداند null اگر خالی باشد
peek() : بدون برداشتن سر را برمی گرداند. null اگر خالی باشد
isEmpty() : بررسی می کند که آیا صف خالی است.
size() : تعداد عناصر را برمی گرداند.

8. الگوریتم ها با استفاده از صف

1. الگوریتم جستجوی پهنای اول (BFS). :BFS گره ها را سطح به سطح بررسی می کند. این یک راه حل برای یافتن کوتاه ترین مسیر در نمودارهای بدون وزن است.مثال BFS :

import java.util.*;

public class BFSExample {
public static void bfsTraversal(int start, Map<Integer, List<Integer>> graph) {
Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
Set<Integer> visited = new HashSet<>();

queue.offer(start);
visited.add(start);

while (!queue.isEmpty()) {
int node = queue.poll();
System.out.println(“Visited node: ” + node);

for (int neighbor : graph.getOrDefault(node, Collections.emptyList())) {
if (!visited.contains(neighbor)) {
visited.add(neighbor);
queue.offer(neighbor);
}
}
}
}
}

وارد حالت تمام صفحه شوید

از حالت تمام صفحه خارج شوید

2. پیمایش ترتیب سطح در درختان باینری :

public void levelOrderTraversal(TreeNode root) {
if (root == null) return;
Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
queue.offer(root);

while (!queue.isEmpty()) {
TreeNode current = queue.poll();
System.out.print(current.val + ” “);

if (current.left != null) queue.offer(current.left);
if (current.right != null) queue.offer(current.right);
}
}

وارد حالت تمام صفحه شوید

از حالت تمام صفحه خارج شوید

9. تکنیک ها و ترفندها برای مشکلات صف

از Deques برای مشکلات پنجره کشویی Max-Min استفاده کنید : کارآمد برای راه حل های O(n).
ترفند دو پشته : یک صف را با استفاده از دو پشته برای بهینه سازی عملیات صف/تعطیل اجرا کنید.
اجرای صف دایره ای : به جلوگیری از هدر رفتن حافظه در صف های خطی کمک می کند.مثال مشکل: اجرای یک صف با استفاده از دو پشته :

class MyQueue {
private Stack<Integer> stack1 = new Stack<>();
private Stack<Integer> stack2 = new Stack<>();

public void enqueue(int value) {
stack1.push(value);
}

public int dequeue() {
if (stack2.isEmpty()) {
while (!stack1.isEmpty()) {
stack2.push(stack1.pop());
}
}
return stack2.isEmpty() ? -1 : stack2.pop();
}
}

وارد حالت تمام صفحه شوید

از حالت تمام صفحه خارج شوید

10. چگونه تشخیص دهیم که یک مشکل نیاز به صف دارد

منطق First-In-First-Out : اگر مشکل نیاز به پردازش داشته باشد به همان ترتیب عناصر وارد می شوند.
پیمایش سطح عاقلانه : درختان باینری، نمودارها.
بافر کردن : رسیدگی به جریان‌های زنده یا پردازش درخواست‌های کاربر.
جستجوی گسترده : مشکلاتی که به کوتاه ترین مسیرها یا کاوش در همسایگان نیاز دارند.

11. نکاتی برای تسلط بر مشکلات مبتنی بر صف

موارد لبه را درک کنید : صف های خالی، صف های پر، رفتارهای دایره ای.
تسلط بر انواع صف : ساده، دایره ای، اولویت دار و دک.
فضا و زمان را بهینه کنید : از لیست های پیوندی برای صف های پویا و آرایه ها برای صف های با اندازه ثابت استفاده کنید.

نتیجه گیری

در حال حاضر، شما باید برای مقابله با هر چیزی که در جاوا مربوط به صف است، احساس آمادگی کنید. از ایجاد صف‌ها با پیاده‌سازی‌های مختلف گرفته تا استفاده از آنها در الگوریتم‌های پیچیده، صف‌ها نقش مهمی در حصول اطمینان از پردازش منظم و منصفانه عناصر در برنامه‌های کاربردی ساده و پیچیده دارند. به یاد داشته باشید، یک برنامه نویس خوب می داند چگونه یک صف کار می کند، اما یک برنامه نویس بزرگ می داند چرا کار می کند و زمان استفاده از آن به تمرین ادامه دهید و باشد که صف کدنویسی شما همیشه منظم بماند!

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class QueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();

        // Enqueue operations
        queue.offer("Alice");
        queue.offer("Bob");
        queue.offer("Charlie");

        // Peek and Dequeue operations
        System.out.println("Front of the queue: " + queue.peek()); // Alice
        System.out.println("Removing: " + queue.poll()); // Alice
        System.out.println("Next front: " + queue.peek()); // Bob
    }
}

class CircularQueue {
    private int[] queue;
    private int front, rear, size;

    public CircularQueue(int capacity) {
        queue = new int[capacity];
        front = 0;
        rear = -1;
        size = 0;
    }

    public void enqueue(int value) {
        if (size == queue.length) throw new IllegalStateException("Queue is full");
        rear = (rear + 1) % queue.length;
        queue[rear] = value;
        size++;
    }

    public int dequeue() {
        if (size == 0) throw new IllegalStateException("Queue is empty");
        int value = queue[front];
        front = (front + 1) % queue.length;
        size--;
        return value;
    }
}

import java.util.*;

public class BFSExample {
    public static void bfsTraversal(int start, Map<Integer, List<Integer>> graph) {
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
        Set<Integer> visited = new HashSet<>();

        queue.offer(start);
        visited.add(start);

        while (!queue.isEmpty()) {
            int node = queue.poll();
            System.out.println("Visited node: " + node);

            for (int neighbor : graph.getOrDefault(node, Collections.emptyList())) {
                if (!visited.contains(neighbor)) {
                    visited.add(neighbor);
                    queue.offer(neighbor);
                }
            }
        }
    }
}

public void levelOrderTraversal(TreeNode root) {
    if (root == null) return;
    Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
    queue.offer(root);

    while (!queue.isEmpty()) {
        TreeNode current = queue.poll();
        System.out.print(current.val + " ");

        if (current.left != null) queue.offer(current.left);
        if (current.right != null) queue.offer(current.right);
    }
}

class MyQueue {
    private Stack<Integer> stack1 = new Stack<>();
    private Stack<Integer> stack2 = new Stack<>();

    public void enqueue(int value) {
        stack1.push(value);
    }

    public int dequeue() {
        if (stack2.isEmpty()) {
            while (!stack1.isEmpty()) {
                stack2.push(stack1.pop());
            }
        }
        return stack2.isEmpty() ? -1 : stack2.pop();
    }
}