1. ساختمان داده ها و الگوريتمها
صف Queue
ساختمان داده ها و الگوريتمها

2. صف نيز مانند پشته براي نگهداري مجموعه هاي پويا استفاده مي شود
صف Queue
صف نيز مانند پشته براي نگهداري مجموعه هاي پويا استفاده مي شود
هر صف يك ابتدا و يك انتها دارد
عناصر جديد به انتهاي صف اضافه مي شوند
عناصر قديمي از ابتداي صف حذف مي شوند
صف براي پياده سازي نوبت بندي استفاده مي شود و سا ختار آن First In First Out (FIFO) است. M A S in
out

3. هر صف ابتدا و انتهايي دارد
صف Queue
هر صف ابتدا و انتهايي دارد
ابتداي صف(head): محلي است كه عضو موجود در آن كانديداي حذف است.
انتهاي صف(tail): محلي است كه عضو جديدي كه وارد صف مي شود در آن قرار مي گيرد
هر صف ظرفيت محدودي دارد
هر صف مي توان در يكي از وضعيتهاي پر، نيمه پر يا خالي باشد
اگر ابتدا و انتهاي صف يكي باشند، صف خالي است
اگر ابتداي صف بلافاصله بعد از انتهاي آن باشد، صف پر است.
مشابه پشته مي توان صف را براحتي با استفاده از آرايه پياده سازي كرد

4. مثال صف

5. public interface Queue { public boolean isEmpty();
The Interface Queue
public interface Queue {
public boolean isEmpty();
public Object getFrontEelement();
public Object getRearEelement();
public void put(Object theObject);
public Object remove(); }

6. بازنگري كاربردهاي پشته
جاهايي كه نمي توان از صف به جاي پشته استفاده كرد:
Parentheses matching.
Towers of Hanoi.
Method invocation and return.
Try-catch-throw implementation.
جاهايي كه مي توان از صف به جاي پشته استفاده كرد:
Rat in a maze.
Results in finding shortest path to exit.

7. Label all reachable squares 1 unit from start.
Lee’s Wire Router
start pin
end pin
Could use rat in a maze animation from Web site instead.
Blue squares are blocked squares. Orange squares are available to route a wire.
A queue of reachable squares is used. The queue is initially empty, and the start pin square/cell is the examine cell. This cell has a distance value of 0. Unreached unblocked squares adjacent to the examine cell are marked with their distance (this is 1 more than the distance value of the examine cell) and added to the queue. Then a cell is removed from the queue and made the new examine cell. This process is repeated until the end pin is reached or the queue becomes empty. Cells become examine cells in order of their distance from the start pin.
Label all reachable squares 1 unit from start.

8. Label all reachable unlabeled squares 2 units from start.
Lee’s Wire Router
start pin
end pin 1 1
Label all reachable unlabeled squares 2 units from start.

9. Label all reachable unlabeled squares 3 units from start.
Lee’s Wire Router
start pin 2 2
end pin 1 1 2 2 2
Label all reachable unlabeled squares 3 units from start.

10. Label all reachable unlabeled squares 4 units from start.
Lee’s Wire Router
start pin 3 3 2 2
end pin 1 1 2 2 2 3 3
Label all reachable unlabeled squares 4 units from start.

11. Label all reachable unlabeled squares 5 units from start.
Lee’s Wire Router
start pin 4 3 3 2 2
end pin 1 1 2 2 2 3 4 3 4 4 4
Label all reachable unlabeled squares 5 units from start.

12. Label all reachable unlabeled squares 6 units from start.
Lee’s Wire Router 5
start pin 4 5 3 3 2 2
end pin 1 1 2 2 2 3 4 3 4 5 4 4 5 5 5
Label all reachable unlabeled squares 6 units from start.

13. End pin reached. Traceback.
Lee’s Wire Router 6 5 6
start pin 4 5 3 3 2 2
end pin 1 1 2 2 2 6 3 4 3 4 5 6 4 4 5 6 5 6 5 6 6
End pin reached. Traceback.

14. End pin reached. Traceback.
Lee’s Wire Router 6 5 6
start pin 4 5 3 3 2 2
end pin 1 1 1 2 2 2 2 6 3 4 3 3 4 4 5 5 6 4 4 5 6 5 6 5 6 6
End pin reached. Traceback.

15. Derive From ArrayLinearList1 2 3 4 5 6 a b c d e
اگر front‌ انتهاي سمت چپ و rear انتهاي سمت راست ليست باشد:
Queue.isEmpty() => super.isEmpty()
O(1) time
getFrontElement() => get(0)
getRearElement() => get(size() - 1)
put(theObject) => add(size(), theObject)
remove() => remove(0)
O(size) time

16. Derive From ArrayLinearList1 2 3 4 5 6 e d c b a
اگر front‌ انتهاي سمت راست و rear انتهاي سمت چپ ليست باشد:
Queue.isEmpty() => super.isEmpty()
O(1) time
getFrontElement() => get(size() - 1)
getRearElement() => get(0)
put(theObject) => add(0, theObject)
O(size) time
remove() => remove(size() - 1)

17. Derive From ArrayLinearList
در ادامه همين درس نمونه اي از اين نمايش ويژه را خواهيم ديد

18. Derive From ExtendedChainb c d e
null
firstNode
lastNode
front
rear
اگر front‌ انتهاي سمت چپ و rear انتهاي سمت راست ليست باشد:
Queue.isEmpty() => super.isEmpty()
O(1) time
getFrontElement() => get(0)

19. Derive From ExtendedChainb c d e
null
firstNode
lastNode
front
rear
getRearElement() => getLast() … new method
O(1) time
put(theObject) => append(theObject)
remove() => remove(0)

20. Derive From ExtendedChainb a
null
firstNode
lastNode
rear
front
اگر front‌ انتهاي سمت راست و rear انتهاي سمت چپ ليست باشد:
Queue.isEmpty() => super.isEmpty()
O(1) time
getFrontElement() => getLast()

21. Derive From ExtendedChainb c d e
null
firstNode
lastNode
rear
front
getRearElement() => get(0)
O(1) time
put(theObject) => add(0, theObject)
remove() => remove(size-1)
O(size) time

22. ليست پيوندي ويژه صف
كلاس ليست پيوندي ويژه اي براي نمايش صف تعريف كنيد تا كارايي بالاتري را نسبت به استفاده از كلاسهاي موجود داشته باشيد

23. نمايش چرخشي آرايه استفاده از آرايه يك بعدي براي نمايش صف queue[] [0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]

24. چيدن سه عضو در يك آرايه چرخشي:
نمايش چرخشي آرايه
چيدن سه عضو در يك آرايه چرخشي:
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] A B C

25. نمايش چرخشي آرايه
ترتيب ديگر چيدن سه عضو
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] A B C

26. استفاده از متغيرهاي صحيح front, rear براي نمايش ابتدا و انتهاي صف
نمايش چرخشي آراي
استفاده از متغيرهاي صحيح front, rear براي نمايش ابتدا و انتهاي صف
front به محلي از آرايه اشاره مي كند که يكی قبل از اولين عضو آرايه – در جهت ساعتگرد – قرار دارد
rear به آخرين عضو آرايه اشاره مي كند
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] A B C
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] A B C
rear
rear
front
front

27. rear‌ را در جهت ساعتگرد يك واحد جلو مي بريم :
افزودن يك عضو
rear‌ را در جهت ساعتگرد يك واحد جلو مي بريم :
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] A B C
front
rear

28. عضو جديد را در محل queue[rear]. قرار مي دهيم
افزودن يك عضو
rear‌در جهت ساعتگرد يك واحد جلو مي بريم :
عضو جديد را در محل queue[rear]. قرار مي دهيم
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] A B C
front
rear D

29. front‌ را يك واحد جلو مي بريم
حذف يك عضو
front‌ را يك واحد جلو مي بريم
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] A B C
front
rear

30. عضو queue[front]. را مي خوانيم
حذف يك عضو
front‌ را يك واحد جلو مي بريم
عضو queue[front]. را مي خوانيم
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] A B C
front
rear

31. حركت rear‌در جهت ساعتگرد
if (rear = = queue.length) rear = 0;
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] A B C
front
rear
rear = (rear + 1) % queue.length;

32. صف خالي
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] A B C
front
rear

33. صف خالي
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] B C
rear
front

34. صف خالي
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] C
rear
front

35. صف خالي
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
rear
front
بعد از حذف چندين عضو، صف خالي مي شود و front = rear.
هنگام ساخت اوليه، صف خالي است
بنابراين در ابتداي ساختن صف بهتر است :front = rear = 0.

36. صف پر
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] A B C
front
rear

37. صف پر
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
rear D
front C B A

38. صف پر
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
rear D E
front C B A

39. بعد از افزودن چند عضو، صف پر مي شود و در نتيجه :front = rear.
[0]
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] D E
front C F B A
rear
بعد از افزودن چند عضو، صف پر مي شود و در نتيجه :front = rear.
چگونه صف پر را از خالي تشخيص دهيم ؟

40. صف دوطرفه Deque / Double Ended Queue
صفهای ویژه
صف اولویت دار
کاربرد: Event Handling
پیاده سازی: درخت Heap
صف دوطرفه Deque / Double Ended Queue
کاربرد: شبیه سازی سیستمهای موازی و همروند
پیاده سازی: لیست پیوندی دوطرفه

41. Keyboard Buffer Windows Event Queue
صف هاي مهم
Keyboard Buffer
هر حرفي را كه با استفاده از صفحه كليد تايپ مي كنيد در حافظه اي قرار مي گيرد كه به Keyboard Buffer معروف است.
سيستم عامل به طور مرتب اين حافظه را تحت نظر دارد و حرف موجود در ابتداي اين صف را برداشته و به مصرف مي رساند
اگر تايپ شما آنقدر سريع باشد كه اين حافظه پر شود، كامپيوتر با بوق كوتاهي شما را مطلع مي سازد
اين حالت، در سيستم عامل Dos، كه بافر آن گنجايش حداكثر 16 حرف را دارد، خيلي اتفاق مي افتد(مي افتاد!؟)
Windows Event Queue
در سيستم عامل ويندوز، هر واقعه(فشار دادن كليد، كليك ماووس، فرارسيدن زماني خاص و...) در يك صف واقعه مختص هر برنامه قرار مي گيرد.

42. پروژه2 – حل مساله موش و پنير با استفاده از صف
اين مساله در درس پشته ها و همچنين صفها بررسي شد
اين مساله را با استفاه از صف حل كنيد
توضيحات بيشتر در سايت درس