JS中的算法与数据结构——队列(Queue)
队列(Queue)
我们之前说到了栈，它是一种比较高效的数据结构，遵循 先入后出(LIFO，last-in-first-out) 的原则。而今天我们要讨论的队列，它也是一种特殊的列表，它与栈不同的是， 队列只能在队尾插入元素，在队首删除元素，就像我们平时排队买票一样~
队列用于存储按顺序排列的数据，遵循 先进先出(FIFO，First-In-First-Out) 的原则，也是计算机常用的一种数据结构，别用于很多地方，比如提交给操作系统的一系列进程，打印池任务等。
同栈有点类似，队列的操作主要也是有两种：向队列中插入新元素和删除队列中的元素，即入队和出队操作，我们采用 enqueue 和 dequeue 两个方法。
除此之外，队列还有一些其他的操作，比如读取队首的元素，该操作仅返回对头元素并不将它从队列中删除，类似栈的 peek 方法；back 方法读取队尾的元素；toString 方法可以打印当前队列中所有的元素；clear 方法清空当前队列等。
我们定义好数据类型，可以通过JS中的数组去实现它。
队列的实现
//定义队列
function Queue(){
this.dataStore = [];
this.enqueue = enqueue; //入队
this.dequeue = dequeue; //出队
this.front = front; //查看队首元素
this.back = back; //查看队尾元素
this.toString = toString; //显示队列所有元素
this.clear = clear; //清空当前队列
this.empty = empty; //判断当前队列是否为空
}
我们先来实现入队操作：
enqueue：向队列添加元素
//向队列末尾添加一个元素，直接调用 push 方法即可
function enqueue ( element ) {
this.dataStore.push( element );
}
因为JS中的数组具有其他语言没有的有点，可以直接利用 shift 方法删除数组的第一个元素，因此，出队操作的实现就变得很简单了。
dequeue：删除队首的元素
//删除队列首的元素，可以利用 JS 数组中的 shift 方法
function dequeue () {
if( this.empty() ) return 'This queue is empty';
else this.dataStore.shift();
}
我们注意的，上面我做了一个判断，队列是否还有元素，因为去删除空队列的元素是没有意义的，那么，我们就来看看 empty 方法是如何实现的。
empty：判断队列是否为空
//我们通过判断 dataStore 的长度就可知道队列是否为空
function empty(){
if( this.dataStore.length == 0 ) return true;
else return false;
}
我们先来看看测试一下这几个方法，
var queue = new Queue();
console.log( queue.empty() ); //true
//添加几个元素
queue.enqueue('Apple');
queue.enqueue('Banana');
queue.enqueue('Pear');
console.log( queue.empty() ); // false
现在，我不知道谁在第一个，谁是最后一个，我们可以利用 front 和 back 方法分别来查看，
front：查看队首元素
//查看队首元素，直接返回数组首个元素即可
function front(){
if( this.empty() ) return 'This queue is empty';
else return this.dataStore[0]；
}
back：查看队尾元素
//查看队首元素，直接返回数组最后一个元素即可
//读取队列尾的元素
function back () {
if( this.empty() ) return 'This queue is empty';
else return this.dataStore[ this.dataStore.length - 1 ];
}
我们先看看对不对：
//查看队首元素
console.log( queue.front() ); // Apple
//查看队尾元素
console.log( queue.back() ); // Pear
//出队
queue.dequeue();
//查看队首元素
console.log( queue.front() ); // Banana
//查看队尾元素
console.log( queue.back() ); // Pear
没问题！现在，我想看看，总共有多少水果，toString方法来实现，
toString：查看队列中所有元素
//查看对了所有元素，我这里采用数组的 join 方法实现
function toString(){
return this.dataStore.join('\n');
}
现在，你可以看看你还有什么水果没吃的了,
console.log( queue.toString() ) // Apple
// Banana
// Pear
我们就剩下一个 clear 方法了，如果你已经把所有水果都吃完了，那么你应该使用 clear 方法，
//清空当前队列，也很简单，我们直接将 dataStore 数值清空即可
function clear(){
delete this.dataStore;
this.dataStor = [];
}
至此，我们已经用JS实现了一个队列，怎么样，是不是觉得JS的数组超级好用，省去了不少麻烦，有木有！！
//清空队列
queue.clear();
console.log( queue.empty() ); // true
下面，我们利用队列来实现基数排序。
基数排序（radix sort）属于“分配式排序”（distribution sort），它是透过键值的部份资讯，将要排序的元素分配至某些“桶”中，藉以达到排序的作用，基数排序法是属于稳定性的排序，其时间复杂度为O (nlog(r)m)，其中r为所采取的基数，而m为堆数，在某些时候，基数排序法的效率高于其它的稳定性排序法。
先看一下基数排序的的实现步骤（以两位数为例），需要扫描两次，第一次按个位数字进行排序，第二次按十位数字排序，每个数字根据对应的数值分配到到不同的盒子里，最后将盒子的数字依次取出，组成新的列表即为排序好的数字。
- 假设我们有一串数字，分别为 73, 22, 93, 43, 55, 14, 28, 65, 39, 81
-
首先根据个位数字排序，放到不同的盒子里，如下图
第一次排序 - 接下来将这些盒子中的数值重新串接起来，成为以下的数列：81, 22, 73, 93, 43, 14, 55, 65, 28, 39
-
然后根据十位数字排序，再放到不同的盒子里，如下图
第二次排序 - 接下来将这些盒子中的数值重新串接起来，整个数列已经排序完毕：14, 22, 28, 39, 43, 55, 65, 73, 81, 93
我们已经了解了基数排序的算法思想，接着我们要结合队列去实现它，一起来看看吧。
//基数排序
var queues = []; //定义队列数组
var nums = []; //定义数字数组
//选十个0~99的随机数进行排序
for ( var i = 0 ; i < 10 ; i ++ ){
queues[i] = new Queue();
nums[i] = Math.floor( Math.random() * 101 );
}
//排序之前
console.log( 'before radix sort: ' + nums );
//基数排序
distribution( nums , queues , 10 , 1 );
collect( queues , nums );
distribution( nums , queues , 10 , 10 );
collect( queues , nums );
//排序之后
console.info('after radix sort: ' + nums );
//根据相应的（个位和十位）数值，将数字分配到相应队列
function distribution ( nums , queues , n , digit ) { //digit表示个位或者十位的值
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] );
}
}
}
//从队列中收集数字
function collect ( queues , nums ) {
var i = 0;
for ( var digit = 0 ; digit < 10 ; digit ++ ){
while ( !queues[digit].empty() ){
nums[ i++ ] = queues[digit].front();
queues[digit].dequeue();
}
}
}
我这里贴出两组测试的结果，大家自己动手实践一下。
//第一组测试
before radix sort: 23,39,2,67,90,41,47,21,98,13
after radix sort: 2,13,21,23,39,41,47,67,90,98
//第二组测试
before radix sort: 29,62,38,16,55,26,33,54,76,65
after radix sort: 16,26,29,33,38,54,55,62,65,76
至此，我们队列也就告一段落了，大家还可以往深入拓展，比如优先队列，循环队列等，希望大家能发散思维，多动手实践，一起加油！
作者：Cryptic
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来源：简书
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