JS数据结构与算法-队列结构

• 2022 年 11 月 7 日
• 筆記
• javascript, 数据结构与算法

队列结构

一.认识队列

• 受限的线性结构:
  • 我们已经学习了一种受限的线性结构:栈结构.
  • 并且已经知道这种受限的数据结构对于解决某些特定问题,会有特别的
    效果.
  • 下面,我们再来学习另外一个受限的数据结构:队列.
• 队列(Queue)，它是一种受限的线性表,先进先出(FIFO First ln First Out)
  • 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
• 生活中类似的队列结构
  • 生活中类似队列的场景就是非常多了
  • 比如在电影院,商场,甚至是厕所排队.
  • 优先排队的人,优先处理.(买票,结账, WC)

二.队列的应用

• 打印队列:
  • 有五份文档需要打印,这些文档会按照次序放入到打印队列中.
  • 打印机会依次从队列中取出文档,优先放入的文档，优先被取出，并且对该文档进行打印.
  • 以此类推,直到队列中不再有新的文档.
• 线程队列:
  • 在开发中,为了让任务可以并行处理,通常会开启多个线程.
  • 但是,我们不能让大量的线程同时运行处理任务.(占用过多的资源)
  • 这个时候,如果有需要开启线程处理任务的情况,我们就会使用线程队列.
  • 线程队列会依照次序来启动线程,并且处理对应的任务.
• 队列如何实现呢?
  • 我们一起来研究一下队列的实现.

三.队列类的创建

• 队列的实现和栈一样,有两种方案:
  • 基于数组实现
  • 基于链表实现

function Queue() {
    //属性
    this.items = []
}

四.队列的常见操作

• 队列有哪些常见的操作呢?
  • 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。
  • toString():将队列中的内容,转成字符串形式
• 现在，,我们来实现这些方法.
  • 其实很栈中方法的实现非常相似.因为我们的队列也是基于数组的

//1.将元素加入到队列中
    Queue.prototype.enqueue = function (element) {
        this.items.push(element)
    }

    //2.从队列中删除前端元素
    Queue.prototype.dequeue = function () {
        return this.items.shift()
    }

    //3.查看前端元素
    Queue.prototype.front = 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 () {
        let resultString = ''
        for (let i = 0; i < this.items.length; i++) {
            resultString += this.items[i] + ''
        }
        return resultString
    }

五.击鼓传花

• 击鼓传花是一个常见的面试算法题.使用队列可以非常方便的实现最终的结果.

• 原游戏规则:

  • 班级中玩一个游戏。所有学生围成一圈,从某位同学手里开始向旁边的同学传一束花.- 这个时候某个人(比如班长),在击鼓,鼓声停下的一颗,花落在谁手里,谁就出来表演节目.

• 修改游戏规则:

  • 我们来修改一下这个游戏规则.
  • 几个朋友一起玩一个游戏,围成一圈，开始数数,数到某个数字的人自动淘汰.
  • 最后剩下的这个人会获得胜利,请问最后剩下的是原来在哪一个位置上的人?

• 封装一个基于队列的函数

  • 参数:所有参与人的姓名,基于的数字
  • 结果:最终剩下的一人的姓名

//击鼓传花
function paseGame(nameList, num) {
    //创建一个队列
    let queue = new Queue()

    //将所有人依次加入队列
    for (let i = 0; i < nameList.length; i++) {
        queue.enqueue(nameList[i])
    }

    //开始数数字
    while (queue.size() > 1) {
        //不是num的时候吗，重新加入到队列的末尾
        //num数字之前的人重新放入到队列的末尾
        for (let i = 0; i < num - 1; i++) {
            queue.enqueue(queue.dequeue())
        }
        //num对应的这个人直接从队列中删除 
        queue.dequeue()
    }
    //获取剩下的结果
    let endName = queue.front()
    console.log(endName);
    return nameList.indexOf(endName)
}

paseGame(['lisi', 'zhangsan', 'fgbfd', 'tom', 'jack', 'lisa', 'ez', 'laoshu', 'jikdf', 'dsada', 'poru', 'fjds'], 6)//fgbfd

六.优先级队列

优先级队列的特点:

• 我们知道,普通的队列插入一个元素,数据会被放在后端.并且需要前面所有的元素都处理完成后才会处理前面的数据.
• 但是优先级队列,在插入一个元素的时候会考虑该数
  据的优先级.
• 和其他数据优先级进行比较.
• 比较完成后,可以得出这个元素在队列中正确的位置
• 其他处理方式,和基本队列的处理方式一样.

优先级队列主要考虑的问题:

• 每个元素不再只是一个数据,而且包含数据的优先级
• 在添加方式中,根据优先级放入正确的位置.

优先级队列的应用:

• 一个现实的例子就是机场登机的顺序
  • 头等舱和商务舱乘客的优先级要高于经济舱乘客。
  • 在有些国家，老年人和孕妇（或带小孩的妇女）登机时也享有高于其他乘客的优先级。
• 另一个现实中的例子是医院的（急诊科)候诊室。
  • 医生会优先处理病情比较严重的患者。
  • 当然,一般情况下是按照排号的顺序。
• 计算机中,我们也可以通过优先级队列来重新排序队列中任务的顺序
  • 比如每个线程处理的任务重要性不同,我们可以通过优先级的大小,来决定该线程在队列中被处理的次序.

七.优先级队列的实现

• 现优先级队列相对队列主要有两方面需要考虑:
  • 1)封装元素和优先级放在一起(可以封装一个新的构造函数)
  • 2)添加元素时,将新插入元素的优先级和队列中已经存在的元素优先级进行比较,以获得自己正确的位置.

//封装优先级队列
function PriorityQueue() {
    //在PriorityQueue重新创建了一个类
    function QueueElemnt(element, priority) {
        this.element = element
        this.priority = priority
    }

    //封装属性
    this.items = []

    //1.实现插入方法
    PriorityQueue.prototype.enqueue = function (element, priority) {
        //创建QueueElement对象
        let queueElemnt = new QueueElemnt(element, priority)

        //判断队列是否为空
        if (this.items.length === 0) {
            this.items.push(queueElemnt)
        } else {
            let added = false
            for (let i = 0; i < this.items.length; i++) {
                if (queueElemnt.priority < this.items[i].priority) {
                    this.items.splice(i, 0, queueElemnt)
                    added = true
                    break
                }
            }
            if (!added) {
                this.items.push(queueElemnt)
            }
        }
    }

    //2.从队列中删除前端元素
    PriorityQueue.prototype.dequeue = function () {
        return this.items.shift()
    }

    //3.查看前端元素
    PriorityQueue.prototype.front = 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 () {
        let resultString = ''
        for (let i = 0; i < this.items.length; i++) {
            resultString += this.items[i] + ''
        }
        return resultString
    }
}

// 测试代码
let pq = new PriorityQueue()
pq.enqueue('abc', 111)
pq.enqueue('cba', 151)
pq.enqueue('nba', 66)
pq.enqueue('wba', 856)
console.log(pq);