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.
-
并且已經知道這種受限的資料結構對于解決某些特定問題,會有特别的
效果.
- 下面,我們再來學習另外一個受限的資料結構:隊列.
- 隊列(Queue),它是一種受限的線性表,先進先出(FIFO First ln First Out)
- 受限之處在于它隻允許在表的前端( front )進行删除操作
- 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
- 列印隊列:
- 有五份文檔需要列印,這些文檔會按照次序放入到列印隊列中.
- 列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,并且對該文檔進行列印.
- 以此類推,直到隊列中不再有新的文檔.
- 線程隊列:
- 在開發中,為了讓任務可以并行處理,通常會開啟多個線程.
- 但是,我們不能讓大量的線程同時運作處理任務.(占用過多的資源)
- 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,并且處理對應的任務.
- 隊列如何實作呢?
- 我們一起來研究一下隊列的實作.
三.隊列類的建立
- 隊列的實作和棧一樣,有兩種方案:
- 基于數組實作
- 基于連結清單實作
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,并傳回被移除的元素。
- front():傳回隊列中第一個元素——最先被添加,也将是最先被移除的元素。隊列不做任何變動(不移除元素,隻傳回元素資訊——與Stack類的peek方法非常類似)。
- isEmpty):如果隊列中不包含任何元素,傳回true,否則傳回false。
- size():傳回隊列包含的元素個數,與數組的length屬性類似。
- toString():将隊列中的内容,轉成字元串形式
- 現在,,我們來實作這些方法.
- 其實很棧中方法的實作非常相似.因為我們的隊列也是基于數組的
//1.将元素加入到隊列中
Queue.prototype.enqueue = function (element) {
this.items.push(element)
}
//2.從隊列中删除前端元素
Queue.prototype.dequeue = function () {
return this.items.shift()
}
//3.檢視前端元素
Queue.prototype.front = function () {
return this.items[0]
}
//4.檢視隊列是否為空
Queue.prototype.isEmpty = function () {
return this.items.length === 0
}
//5.檢視隊列中元素的個數
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.使用隊列可以非常友善的實作最終的結果.
- 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?
- 封裝一個基于隊列的函數
- 參數:所有參與人的姓名,基于的數字
- 結果:最終剩下的一人的姓名
//擊鼓傳花
function paseGame(nameList, num) {
//建立一個隊列
let queue = new Queue()
//将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删除
queue.dequeue()
}
//擷取剩下的結果
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
- 我們知道,普通的隊列插入一個元素,資料會被放在後端.并且需要前面所有的元素都處理完成後才會處理前面的資料.
-
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.
- 和其他資料優先級進行比較.
- 比較完成後,可以得出這個元素在隊列中正确的位置
- 其他處理方式,和基本隊列的處理方式一樣.
- 每個元素不再隻是一個資料,而且包含資料的優先級
- 在添加方式中,根據優先級放入正确的位置.
- 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于經濟艙乘客。
- 在有些國家,老年人和孕婦(或帶小孩的婦女)登機時也享有高于其他乘客的優先級。
- 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号的順序。
- 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.優先級隊列的實作
- 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,将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,以獲得自己正确的位置.
//封裝優先級隊列
function PriorityQueue() {
//在PriorityQueue重新建立了一個類
function QueueElemnt(element, priority) {
this.element = element
this.priority = priority
}
//封裝屬性
this.items = []
//1.實作插入方法
PriorityQueue.prototype.enqueue = function (element, priority) {
//建立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.從隊列中删除前端元素
PriorityQueue.prototype.dequeue = function () {
return this.items.shift()
}
//3.檢視前端元素
PriorityQueue.prototype.front = function () {
return this.items[0]
}
//4.檢視隊列是否為空
PriorityQueue.prototype.isEmpty = function () {
return this.items.length === 0
}
//5.檢視隊列中元素的個數
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);