第五章：javascript：队列

队列是一种列表，不同的是队列只能在末尾插入元素，在队首删除元素。队列用于存储按顺序排列的数据。先进先出。这点和栈不一样，在栈中，最后入栈的元素反被优先处理。可以将队列想象成银行排队办理业务的人，排队在第一个的人先办理业务，其它人只能排着，直到轮到他们为止。

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构。队列被用在很多地方。比如提交操作系统执行一系列进程。打印任务池等。一些仿真系统用来模拟银行或杂货店里排队的顾客。

一，队列的操作。

队列的两种主要操作是：向队列中插入新元素和删除队列中的元素。插入操作也叫做入队。删除元素也叫做出队。入队是在末尾插入新元素，出队是删除队头的元素。

队列的另外一项操作是读取队头的元素，这个操作叫peek()。该操作返回队头的元素，但不把它从队列中删除。除了读取队头的元素，我们想知道队列中有多少元素，可以使用length属性满足要求；要想清空队列中所有元素。可以使用clear()方法来实现。

二，一个数组实现的队列。

使用数组来实现队列看起来顺理成章。javascript中的数组具有其它编程语言中没有的优点，数组的push()可以在数组末尾加入元素，数组的shift()方法则可以删除数组的第一个元素。

push()方法将它的参数插入数组中第一个开放的位置，该位置总在数组的末尾，即使是个空数组也是如此。

    names = [];
    names.push("Cny");
    names.push("Jen");
    console.log(names);//["Cny", "Jen"]

然后使用shift()方法删除数组的第一个元素：

    names.shift();
    console.log(names);//["Jen"]

准备开始实现Queue类。先从构造函数开始：

    function Queue() {
        this.dataStore = [];
        this.enqueue = enqueue;
        this.dequeue = dequeue;
        this.front = front;
        this.back = back;
        this.toString = toString;
        this.empty = empty;
    }

enqueue()方法向队末尾添加一个元素：

    function enqueue(element) {
        this.dataStore.push(element)
    }

dequeue方法删除队首的元素

    function dequeue() {
        return this.dataStore.shift();
    }

可以使用以下方法读取队首和队末的元素

    function front() {
        return this.dataStore[0];
    }

    function back() {
        return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]
    }

还需要toString()方法显示队列内的所有元素

    function toString() {
        var retStr = "";
        for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i ) {
            retStr += this.dataStore[i] + "\n";
        }
        return retStr
    }

最后，需要一个方法判断队列是否为空

    function empty() {
        if (this.dataStore.length == 0) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

Queue类的定义和测试

    function Queue() {
        this.dataStore = [];
        this.enqueue = enqueue;
        this.dequeue = dequeue;
        this.front = front;
        this.back = back;
        this.toString = toString;
        this.empty = empty;
    }

    //向队末尾添加一个元素
    function enqueue(element) {
        this.dataStore.push(element)
    }

    //删除队首的元素
    function dequeue() {
        return this.dataStore.shift();
    }

    function front() { //读取队首和队末的元素
        return this.dataStore[0];
    }
    function back() { ////读取队首和队末的元素
        return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]
    }

    //显示队列内的所有元素
    function toString() {
        var retStr = "";
        for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i ) {
            retStr += this.dataStore[i] + "\n";
        }
        return retStr
    }

    //队列是否为空
    function empty() {
        if (this.dataStore.length == 0) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }


    //测试程序

    var q = new Queue();
    q.enqueue("Me");
    q.enqueue("Her");
    q.enqueue("His");
    console.log(q.toString()); 
    q.dequeue();
    console.log(q.toString());

    console.log("第一个元素是： " + q.front());
    console.log("最后一个元素是： " + q.back())

三，使用队列，方块舞和舞伴的分配问题

前面我们提到过，经常用队列模拟排队的人。下面，我们使用队列来模拟跳方块舞的人。当男男女女来到舞池，他们按照自己的性别排成两队。当舞池中有地方空出来的时候，两个队列中的第一个人组成舞伴。他们身后的人各自向前一位，组成新的队首。当一对新的舞伴进入舞池时，主持人会大喊出他们的名字。当一对舞伴走出舞池，且两队队伍任意一队没有人时，主持人会把这个情况告诉大家。

为了模拟这个情况，我们将男男女女姓名存储在一个文本文件。

女 小李
男 福来
男 强子
男 李勇
女 小梅
男 来福
女 艾丽
男 张帆
男 文强
男 丁力
女 娜娜

每个舞者的信息都被保存在一个Dancer对象中：

    function Dancer(name, sex) {
        this.name = name;
        this.sex = sex;
    }

我们需要一个函数，将舞者的信息读到程序中来。

    function getDancers(males, females) {
        //var names = _names.split("\n");
        var names = _names.split("**");
        for (var i = 0; i < names.length; ++i) {
            names[i] = names[i].trim();
        }

        for (var i = 0; i < names.length; ++i) {
            var dancer = names[i].split(" ");
            var sex = dancer[0];
            var name = dancer[1];
            if (sex == "女") {
                females.enqueue(new Dancer(name, sex));
            } else {
                males.enqueue(new Dancer(name, sex))
            }
        }
    }

此函数将舞者按照性别分在不同的队列中。

下一个函数将男性和女性组成舞伴，并宣布配对结果:

    function dance(males, females) {
        console.log("这组舞伴是:")
        while (!females.empty() && !males.empty()) {
            person = females.dequeue();
            console.log("女舞者是" + person.name);

            person = males.dequeue();
            console.log("男舞者是" + person.name);
        }
    } 

我们可能对该程序做修改，想显示排队时男性女性的数量，队列中目前没有显示元素个数的方法。现在加入

    function count(){
        return this.dataStore.length;
    }

综合测试：

    function Queue() {
        this.dataStore = [];
        this.enqueue = enqueue;
        this.dequeue = dequeue;
        this.front = front;
        this.back = back;
        this.toString = toString;
        this.empty = empty;
        this.count = count;
    }

    //向队末尾添加一个元素
    function enqueue(element) {
        this.dataStore.push(element)
    }

    //删除队首的元素
    function dequeue() {
        return this.dataStore.shift();
    }

    function front() { //读取队首和队末的元素
        return this.dataStore[0];
    }
    function back() { ////读取队首和队末的元素
        return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]
    }

    //显示队列内的所有元素
    function toString() {
        var retStr = "";
        for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i ) {
            retStr += this.dataStore[i] + "\n";
        }
        return retStr
    }

    //队列是否为空
    function empty() {
        if (this.dataStore.length == 0) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    //队列个数
    function count(){
        return this.dataStore.length;
    }

    function Dancer(name, sex) {
        this.name = name;
        this.sex = sex;
    }

    function getDancers(males, females) {
        //var names = _names.split("\n");
        var names = _names.split("**");
        for (var i = 0; i < names.length; ++i) {
            names[i] = names[i].trim();
        }

        for (var i = 0; i < names.length; ++i) {
            var dancer = names[i].split(" ");
            var sex = dancer[0];
            var name = dancer[1];
            if (sex == "女") {
                females.enqueue(new Dancer(name, sex));
            } else {
                males.enqueue(new Dancer(name, sex))
            }
        }
    }


    function dance(males, females) {
        console.log("这组舞伴是:")
        while (!females.empty() && !males.empty()) {
            person = females.dequeue();
            console.log("女舞者是" + person.name);

            person = males.dequeue();
            console.log("男舞者是" + person.name);
        }
    } 

    //测试程序

    var _names = "女 小李**男 福来**男 强子**男 李勇**女 小梅**男 来福**女 艾丽**男 张帆**男 文强**男 丁力**女 娜娜";

    var names = _names.split("**");


    //测试程序
    var maleDancer = new Queue();
    var femaleDancer = new Queue();

    getDancers(maleDancer, femaleDancer);
    dance(maleDancer, femaleDancer)

    if (!femaleDancer.empty()) {
        console.log(femaleDancer.front().name + "正在等待跳舞")
    }

    if (!maleDancer.empty()) {
        console.log(maleDancer.front().name + "正在等待跳舞")
    }

    //显示等待跳舞的人个数

    var nanDancers = new Queue();
    var nvDancers = new Queue();
    getDancers(nanDancers, nvDancers)
    dance(nanDancers,nvDancers);
    if (nanDancers.count() > 0) {
        console.log("有" + nanDancers.count() + "男舞者等待")
    }

    if (nvDancers.count() > 0) {
        console.log("有" + mvDancers.count() + "女舞者等待")
    }

 

四：使用队列对数据进行排序

队列不仅用于执行显示生活中与排队有关的操作，还可以用于对数据进行排序。计算机刚出现时，程序是通过穿孔卡输入主机的，每张卡包含一条程序语句。这些穿孔卡装在一个盒子里，经过一个继续装置进行排序。我们可以使用一组队列来模拟这一过程。这种技术叫基数排序。它不是最快的排序算法，但是它展示了一些有趣的队列使用方法。

对于0-99的数字，基数排序将数据扫描两次。第一次按个位上的数字进行排序，第二次按照十位上的数字进行排序。每个数字根据对于位上的数值被分在不同的盒子里。假设有如下数字：

91,46,85,15,92,35,31,22

经过基数排序第一次扫描后，数字被分配到以下盒子里

Bin 0 : 
Bin 1 : 91, 31
Bin 2 : 82, 22
Bin 3 : 
Bin 4 :
Bin 5 : 85, 35
Bin 6 : 46
Bin 7 :
Bin 8 :
Bin 9 :

根据盒子的顺序，对数字第一次排序的结果如下

91,31,92,22,85,15,25,46

根据十位上的数字，再次排序。

Bin 0 : 
Bin 1 : 15
Bin 2 : 22
Bin 3 : 31, 35
Bin 4 : 46
Bin 5 : 
Bin 6 : 
Bin 7 :
Bin 8 : 85
Bin 9 : 91, 92

最后，将盒子中的数字去除，组成一个新的列表，该列表即为排好序的数字：

15, 22, 31, 35, 46, 85, 91, 92

使用队列代表盒子，可以实现这个算法。我们需要9个队列，每一个对应一个数字。所有队列保存在一个数组中，使用取余和除法操作决定个位和十位。算法的剩余部分将数字加入相应队列，根据个位数值对其从新排序，然后根据十位上的数值进行排序。结果即为排列好的数字

下面是根据 相应位(个位或十位)上的数值，将数字分配到相应队列的函数：

    function distribute(nums, queues, n, digit) { //digit表示个位和十位上的值
        for (var i = 0 ; i < n ; ++i) {
            if (digit == 1) {
                queues[nums[i]%10].enqueue(nums[i]);
            } else {
                queues[Math.floor(nums[i]/10).enqueue(nums[i])]
            }
        }
    }

下面是从队列中收集数字的函数

    function collect(queues, nums){
        var i = 0;
        for (var digit = 0; digit < 10; ++digit) {
            while(!queues[digit].empty()){
                nums[i++] = queues[digit].dequeue()
            }
        }
    }

附上测试代码

    function Queue() {
        this.dataStore = [];
        this.enqueue = enqueue;
        this.dequeue = dequeue;
        this.front = front;
        this.back = back;
        this.toString = toString;
        this.empty = empty;
        this.count = count;
    }

    //向队末尾添加一个元素
    function enqueue(element) {
        this.dataStore.push(element)
    }

    //删除队首的元素
    function dequeue() {
        return this.dataStore.shift();
    }

    function front() { //读取队首和队末的元素
        return this.dataStore[0];
    }
    function back() { ////读取队首和队末的元素
        return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]
    }

    //显示队列内的所有元素
    function toString() {
        var retStr = "";
        for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i ) {
            retStr += this.dataStore[i] + "\n";
        }
        return retStr
    }

    //队列是否为空
    function empty() {
        if (this.dataStore.length == 0) {
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    //队列个数
    function count(){
        return this.dataStore.length;
    }

    //基础排序程序
    function distribute(nums, queues, n, digit) { //digit表示个位和十位上的值
        for (var i = 0 ; i < n ; ++i) {
            if (digit == 1) {
                queues[nums[i]%10].enqueue(nums[i]);
            } else {
                queues[Math.floor(nums[i] / 10)].enqueue(nums[i])
            }
        }
    }

    function collect(queues, nums){
        var i = 0;
        for (var digit = 0; digit < 10; ++digit) {
            while(!queues[digit].empty()){
                nums[i++] = queues[digit].dequeue()
            }
        }
    }

    function dispArray(arr) {
        for (var i = 0; i < arr.length; ++i) {
            console.log(arr[i] + " ")
        }
    }

    //主程序

    var queues = []
    for (var i = 0; i < 10; ++i) {
        queues[i] = new Queue();
    }
    var nums = []
    for (var i = 0; i < 10; ++i){
        nums[i] = Math.floor(Math.floor(Math.random() * 101))
    }

    console.log("之前的基数：")
    dispArray(nums);
    distribute(nums, queues, 10, 1);
    collect(queues, nums);
    distribute(nums,queues, 10 ,10);
    collect(queues, nums);
    console.log("之后的基数：")
    dispArray(nums)

五：优先队列方法

在一般的情况下，从队列中删除的元素，一定是率先入队的元素。但是也有一些使用队列的应用 ，在删除元素时不必遵守先进先出的约定。这周应用，需要使用一个叫优先队列的数据结构来进行模拟。

从优先队列中删除元素时，需要考虑优先权的限制。比如医院急诊科的候诊室，就是一个采用优先队列的例子。当病人进入候诊室，分诊会评估病情的严重程度，然后给一个优先级代码。高优先级的患者优先于低优先级者就医，同样优先级的患者按照优先来服务的顺序就医。

先来定义存储队列元素的对象，然后再构建我们的优先队列系统。

    function Patient(name, code){
        this.name = name;
        this.code = code;
    }

变量code是一个整数，表示优先级

现在需要从新定义dequeue()方法。使其删除队列中优先级最高级的元素。我们规定：优先码的值最小的元素优先级最高。新的dequeue()方法遍历队列底层存储数组，从中找出优先码最低的元素，然后使用数据的splice()方法删除优先级最高的元素。新的dequeue()方法定义如下所示：

    function dequeue() {
        var priority = this.dataStore[0].code;
        for (var i = 1; i < this.dataStore.length; ++i) {
            if (this.dataStore.[i].code < priority) {
                priority = i
            }
        }
        return this.dataStore.splice(priority,1)
    }

dequeue()方法使用简单的顺序查找方法寻找优先级最高的元素(优先码最小优先级越高，比如1比5的优先级高)该方法返回包含一个元素的数组---从队列中删除的元素。
最后，定义toString()来显示patient对象

    function toString() {
        var retStr = "";
        for (var i=0; i < this.dataStore.length; ++i) {
            retStr += this.dataStore[i].name + " code:" + this.dataStore[i].code + "\n"
        }
        return retStr
    }

 

（本文完结）

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