【数据结构与算法】队列结构
一.什么是队列结构？
1.1.简介
队列(Queue)，类似于栈结构，但又和栈结构不同
- 是一种运算受限的线性表，受限之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作
- 队列结构遵循先进先出(FIFO First In First Out)，图解如下图：
这种结构类似生活中排队的例子：先排先出去
1.2.队列在程序中的应用
- 打印队列：优先放入的文档，优先被取出
- 线程队列：当进行多线程开发时，我们不可能无限制开启新的线程，这个时候使用线程队列，依次按照次序来启动线程并处理任务，减小处理器的压力
二.队列的实现
2.1.队列的封装
队列的操作：
- enqueue(element)：向队列尾部添加一个（或多个）新的项。
- dequeue()：移除队列的第一（即排在队列最前面的）项，并返回被移除的元素。
- front()：返回队列中第一个元素——最先被添加，也将是最先被移除的元素。队列不做任何变动（不移除元素，* 只返回元素信息——与Stack类的peek方法非常类似）。
- isEmpty()：如果队列中不包含任何元素，返回true，否则返回false。
- size()：返回队列包含的元素个数，与数组的length属性类似。
完整封装代码：
// 封装队列类
function Queue() {
// 属性
this.items = []
// 方法
// 1.将元素加入到队列中
Queue.prototype.enqueue = function (element) {
this.items.push(element)
}
// 2.从队列中删除前端的元素
Queue.prototype.dequeue = function () {
return this.items.shift()
}
// 3.查看前端的元素
Queue.prototype.font = function () {
return this.items[0]
}
// 4.查看队列是否为空
Queue.prototype.isEmpty = function () {
return this.items.length == 0
}
// 5.查看队列中元素的个数
Queue.prototype.size = function () {
return this.items.length
}
// 6.toString方法
Queue.prototype.toString = function () {
var resultString = ''
this.items.forEach((element) => {
resultString += element + ' '
})
return resultString
}
}
测试代码：
// 使用队列
var queue = new Queue()
// 测试操作
queue.enqueue(1)
queue.enqueue(2)
queue.enqueue(3)
console.log(queue.items) // [1,2,3]
queue.dequeue()
queue.dequeue()
console.log(queue.items) // [3]
console.log(queue.font()) // 3
console.log(queue.isEmpty()) // false
console.log(queue.size()) // 1
console.log(queue.toString()) // 3
2.2.队列的面试题（击鼓传花）
传入一组数据和设定的数字num，循环遍历数组内元素，遍历到的元素为指定数字num时将该元素删除，直至数组剩下一个元素
代码实现：
// 面试题：击鼓传花
function passGame(nameList, num) {
// 1.创建一个队列结构
var queue = new Queue()
// 2.将所有人加入到队列中
nameList.forEach((item) => {
queue.enqueue(item)
})
// 3.开始数数字
while (queue.size() > 1) {
// 不是num的时候，重新加入到队列末尾
// 是num的时候，将其从队列中删除
// 3.1.num数字之前的人重新放入到队列的末尾
for (var i = 0; i < num - 1; i++) {
queue.enqueue(queue.dequeue())
}
// 3.2.num对应的这个人，直接从队列中删除
queue.dequeue()
// 思路：每次循环num-1次，当到num次时，队列前端是数据就是需要删除的数据
}
// 4.最后剩下的那个人
console.log(queue.size())
var endName = queue.font()
console.log('最终剩下的人是：' + endName)
return nameList.indexOf(endName)
}
测试代码：
// 测试击鼓传花
// names = ['张三', '李四', '王二', '张麻子']
// console.log(passGame(names, 3))
三.优先级队列
前面, 我们实现了一种普通的队列. 队列中元素的处理顺序和插入的顺序密切相关.
但是, 还有一种比较常见的场景是和插入顺序无关, 而和元素本身的优先级有关系的队列,这种队列就是优先级队列
优先级队列特点：
- 在插入一个元素的时候会考虑该数据的优先级
- 通过比较优先级, 可以得出这个元素正确的队列中的位置
代码实现：
function PriorityQueue() {
// 创建一个内部类 用于保存元素和元素的优先级
// priority 优先级 在本例子中是越小优先级越大
function QueueElement(element, priority) {
this.element = element
this.priority = priority
}
// 封装属性(可以使用链表)
this.items = []
// 1.实现插入方法
PriorityQueue.prototype.enqueue = function (element, priority) {
// 1.1.创建QueueElement对象
var queueElement = new QueueElement(element, priority)
// 1.2.判断队列是否为空
if (this.items.length === 0) {
this.items.push(queueElement)
} else {
var added = false
// 1.3.循环比较
for (let i = 0; i < this.items.length; i++) {
// 如果大于前一个的优先级
if (queueElement.priority < this.items[i].priority) {
// 插入
this.items.splice(i, 0, queueElement)
added = true
break
}
}
// 1.4.如果优先级还是最小，放到最后
if (!added) {
this.items.push(queueElement)
}
}
}
// 2.从队列中删除前端的元素
PriorityQueue.prototype.dequeue = function () {
return this.items.shift()
}
// 3.查看前端的元素
PriorityQueue.prototype.font = function () {
return this.items[0]
}
// 4.查看队列是否为空
PriorityQueue.prototype.isEmpty = function () {
return this.items.length == 0
}
// 5.查看队列中元素的个数
PriorityQueue.prototype.size = function () {
return this.items.length
}
// 6.toString方法
PriorityQueue.prototype.toString = function () {
var resultString = ''
for (let i = 0; i < this.items.length; i++) {
resultString +=
this.items[i].element + '-' + this.items[i].priority + '\n'
}
return resultString
}
}
测试代码：
// 测试代码
var pq = new PriorityQueue()
pq.enqueue('a', 2)
pq.enqueue('b', 4)
pq.enqueue('c', 1)
pq.enqueue('d', 3)
// 打印
console.log(pq.toString())
可以看到，输入的数据被按照优先级从大到下排列
四.总结
以上就是关于队列和其优先级队列的知识点，其实本质还是和栈结构一样都是受限的线性结构，栈是后进先出（LFIO），队列是先进先出（FIFO），一定要将二者结合起来理解！
