JS數據結構與算法-隊列結構

• 2022 年 11 月 7 日
• 筆記
• javascript, 數據結構與算法

隊列結構

一.認識隊列

• 受限的線性結構:
  • 我們已經學習了一種受限的線性結構:棧結構.
  • 並且已經知道這種受限的數據結構對於解決某些特定問題,會有特別的
    效果.
  • 下面,我們再來學習另外一個受限的數據結構:隊列.
• 隊列(Queue)，它是一種受限的線性表,先進先出(FIFO First ln First Out)
  • 受限之處在於它只允許在表的前端( front ）進行刪除操作
  • 而在表的後端(rear)進行插入操作
• 生活中類似的隊列結構
  • 生活中類似隊列的場景就是非常多了
  • 比如在電影院,商場,甚至是廁所排隊.
  • 優先排隊的人,優先處理.(買票,結賬, WC)

二.隊列的應用

• 打印隊列:
  • 有五份文檔需要打印,這些文檔會按照次序放入到打印隊列中.
  • 打印機會依次從隊列中取出文檔,優先放入的文檔，優先被取出，並且對該文檔進行打印.
  • 以此類推,直到隊列中不再有新的文檔.
• 線程隊列:
  • 在開發中,為了讓任務可以並行處理,通常會開啟多個線程.
  • 但是,我們不能讓大量的線程同時運行處理任務.(佔用過多的資源)
  • 這個時候,如果有需要開啟線程處理任務的情況,我們就會使用線程隊列.
  • 線程隊列會依照次序來啟動線程,並且處理對應的任務.
• 隊列如何實現呢?
  • 我們一起來研究一下隊列的實現.

三.隊列類的創建

• 隊列的實現和棧一樣,有兩種方案:
  • 基於數組實現
  • 基於鏈表實現

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

四.隊列的常見操作

• 隊列有哪些常見的操作呢?
  • enqueue(element):向隊列尾部添加一個(或多個)新的項。
  • dequeue()∶移除隊列的第一(即排在隊列最前面的)項，並返回被移除的元素。
  • front():返回隊列中第一個元素——最先被添加，也將是最先被移除的元素。隊列不做任何變動（不移除元素，只返回元素信息——與Stack類的peek方法非常類似)。
  • isEmpty):如果隊列中不包含任何元素，返回true，否則返回false。
  • size():返回隊列包含的元素個數，與數組的length屬性類似。
  • toString():將隊列中的內容,轉成字符串形式
• 現在，,我們來實現這些方法.
  • 其實很棧中方法的實現非常相似.因為我們的隊列也是基於數組的

//1.將元素加入到隊列中
    Queue.prototype.enqueue = function (element) {
        this.items.push(element)
    }

    //2.從隊列中刪除前端元素
    Queue.prototype.dequeue = function () {
        return this.items.shift()
    }

    //3.查看前端元素
    Queue.prototype.front = function () {
        return this.items[0]
    }

    //4.查看隊列是否為空
    Queue.prototype.isEmpty = function () {
        return this.items.length === 0
    }

    //5.查看隊列中元素的個數
    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.擊鼓傳花

• 擊鼓傳花是一個常見的面試算法題.使用隊列可以非常方便的實現最終的結果.

• 原遊戲規則:

  • 班級中玩一個遊戲。所有學生圍成一圈,從某位同學手裡開始向旁邊的同學傳一束花.- 這個時候某個人(比如班長),在擊鼓,鼓聲停下的一顆,花落在誰手裡,誰就出來表演節目.

• 修改遊戲規則:

  • 我們來修改一下這個遊戲規則.
  • 幾個朋友一起玩一個遊戲,圍成一圈，開始數數,數到某個數字的人自動淘汰.
  • 最後剩下的這個人會獲得勝利,請問最後剩下的是原來在哪一個位置上的人?

• 封裝一個基於隊列的函數

  • 參數:所有參與人的姓名,基於的數字
  • 結果:最終剩下的一人的姓名

//擊鼓傳花
function paseGame(nameList, num) {
    //創建一個隊列
    let queue = new Queue()

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

    //開始數數字
    while (queue.size() > 1) {
        //不是num的時候嗎，重新加入到隊列的末尾
        //num數字之前的人重新放入到隊列的末尾
        for (let i = 0; i < num - 1; i++) {
            queue.enqueue(queue.dequeue())
        }
        //num對應的這個人直接從隊列中刪除 
        queue.dequeue()
    }
    //獲取剩下的結果
    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.優先級隊列

優先級隊列的特點:

• 我們知道,普通的隊列插入一個元素,數據會被放在後端.並且需要前面所有的元素都處理完成後才會處理前面的數據.
• 但是優先級隊列,在插入一個元素的時候會考慮該數
  據的優先級.
• 和其他數據優先級進行比較.
• 比較完成後,可以得出這個元素在隊列中正確的位置
• 其他處理方式,和基本隊列的處理方式一樣.

優先級隊列主要考慮的問題:

• 每個元素不再只是一個數據,而且包含數據的優先級
• 在添加方式中,根據優先級放入正確的位置.

優先級隊列的應用:

• 一個現實的例子就是機場登機的順序
  • 頭等艙和商務艙乘客的優先級要高於經濟艙乘客。
  • 在有些國家，老年人和孕婦（或帶小孩的婦女）登機時也享有高於其他乘客的優先級。
• 另一個現實中的例子是醫院的（急診科)候診室。
  • 醫生會優先處理病情比較嚴重的患者。
  • 當然,一般情況下是按照排號的順序。
• 計算機中,我們也可以通過優先級隊列來重新排序隊列中任務的順序
  • 比如每個線程處理的任務重要性不同,我們可以通過優先級的大小,來決定該線程在隊列中被處理的次序.

七.優先級隊列的實現

• 現優先級隊列相對隊列主要有兩方面需要考慮:
  • 1)封裝元素和優先級放在一起(可以封裝一個新的構造函數)
  • 2)添加元素時,將新插入元素的優先級和隊列中已經存在的元素優先級進行比較,以獲得自己正確的位置.

//封裝優先級隊列
function PriorityQueue() {
    //在PriorityQueue重新創建了一個類
    function QueueElemnt(element, priority) {
        this.element = element
        this.priority = priority
    }

    //封裝屬性
    this.items = []

    //1.實現插入方法
    PriorityQueue.prototype.enqueue = function (element, priority) {
        //創建QueueElement對象
        let queueElemnt = new QueueElemnt(element, priority)

        //判斷隊列是否為空
        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.從隊列中刪除前端元素
    PriorityQueue.prototype.dequeue = function () {
        return this.items.shift()
    }

    //3.查看前端元素
    PriorityQueue.prototype.front = function () {
        return this.items[0]
    }

    //4.查看隊列是否為空
    PriorityQueue.prototype.isEmpty = function () {
        return this.items.length === 0
    }

    //5.查看隊列中元素的個數
    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
    }
}

// 測試代碼
let pq = new PriorityQueue()
pq.enqueue('abc', 111)
pq.enqueue('cba', 151)
pq.enqueue('nba', 66)
pq.enqueue('wba', 856)
console.log(pq);