JS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法中的隊(duì)列結(jié)構(gòu)詳解
隊(duì)列結(jié)構(gòu)
一.認(rèn)識隊(duì)列
- 受限的線性結(jié)構(gòu):
- 我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了一種受限的線性結(jié)構(gòu):棧結(jié)構(gòu).
- 并且已經(jīng)知道這種受限的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對于解決某些特定問題,會有特別的
效果. - 下面,我們再來學(xué)習(xí)另外一個(gè)受限的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):隊(duì)列.
- 隊(duì)列(Queue),它是一種受限的線性表,先進(jìn)先出(FIFO First ln First Out)
- 受限之處在于它只允許在表的前端( front )進(jìn)行刪除操作
- 而在表的后端(rear)進(jìn)行插入操作
- 生活中類似的隊(duì)列結(jié)構(gòu)
- 生活中類似隊(duì)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(duì).
- 優(yōu)先排隊(duì)的人,優(yōu)先處理.(買票,結(jié)賬, WC)
二.隊(duì)列的應(yīng)用
- 打印隊(duì)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(duì)列中.
- 打印機(jī)會依次從隊(duì)列中取出文檔,優(yōu)先放入的文檔,優(yōu)先被取出,并且對該文檔進(jìn)行打印.
- 以此類推,直到隊(duì)列中不再有新的文檔.
- 線程隊(duì)列:
- 在開發(fā)中,為了讓任務(wù)可以并行處理,通常會開啟多個(gè)線程.
- 但是,我們不能讓大量的線程同時(shí)運(yùn)行處理任務(wù).(占用過多的資源)
- 這個(gè)時(shí)候,如果有需要開啟線程處理任務(wù)的情況,我們就會使用線程隊(duì)列.
- 線程隊(duì)列會依照次序來啟動線程,并且處理對應(yīng)的任務(wù).
- 隊(duì)列如何實(shí)現(xiàn)呢?
- 我們一起來研究一下隊(duì)列的實(shí)現(xiàn).
三.隊(duì)列類的創(chuàng)建
- 隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)和棧一樣,有兩種方案:
- 基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)
- 基于鏈表實(shí)現(xiàn)
function Queue() { //屬性 this.items = [] }
四.隊(duì)列的常見操作
- 隊(duì)列有哪些常見的操作呢?
- enqueue(element):向隊(duì)列尾部添加一個(gè)(或多個(gè))新的項(xiàng)。
- dequeue()∶移除隊(duì)列的第一(即排在隊(duì)列最前面的)項(xiàng),并返回被移除的元素。
- front():返回隊(duì)列中第一個(gè)元素——最先被添加,也將是最先被移除的元素。隊(duì)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(duì)列中不包含任何元素,返回true,否則返回false。
- size():返回隊(duì)列包含的元素個(gè)數(shù),與數(shù)組的length屬性類似。
- toString():將隊(duì)列中的內(nèi)容,轉(zhuǎn)成字符串形式
- 現(xiàn)在,,我們來實(shí)現(xiàn)這些方法.
- 其實(shí)很棧中方法的實(shí)現(xiàn)非常相似.因?yàn)槲覀兊年?duì)列也是基于數(shù)組的
//1.將元素加入到隊(duì)列中 Queue.prototype.enqueue = function (element) { this.items.push(element) } //2.從隊(duì)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(duì)列是否為空 Queue.prototype.isEmpty = function () { return this.items.length === 0 } //5.查看隊(duì)列中元素的個(gè)數(shù) 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(gè)常見的面試算法題.使用隊(duì)列可以非常方便的實(shí)現(xiàn)最終的結(jié)果.
原游戲規(guī)則:
- 班級中玩一個(gè)游戲。所有學(xué)生圍成一圈,從某位同學(xué)手里開始向旁邊的同學(xué)傳一束花.- 這個(gè)時(shí)候某個(gè)人(比如班長),在擊鼓,鼓聲停下的一顆,花落在誰手里,誰就出來表演節(jié)目.
修改游戲規(guī)則:
- 我們來修改一下這個(gè)游戲規(guī)則.
- 幾個(gè)朋友一起玩一個(gè)游戲,圍成一圈,開始數(shù)數(shù),數(shù)到某個(gè)數(shù)字的人自動淘汰.
- 最后剩下的這個(gè)人會獲得勝利,請問最后剩下的是原來在哪一個(gè)位置上的人?
封裝一個(gè)基于隊(duì)列的函數(shù)
- 參數(shù):所有參與人的姓名,基于的數(shù)字
- 結(jié)果:最終剩下的一人的姓名
//擊鼓傳花 function paseGame(nameList, num) { //創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列 let queue = new Queue() //將所有人依次加入隊(duì)列 for (let i = 0; i < nameList.length; i++) { queue.enqueue(nameList[i]) } //開始數(shù)數(shù)字 while (queue.size() > 1) { //不是num的時(shí)候嗎,重新加入到隊(duì)列的末尾 //num數(shù)字之前的人重新放入到隊(duì)列的末尾 for (let i = 0; i < num - 1; i++) { queue.enqueue(queue.dequeue()) } //num對應(yīng)的這個(gè)人直接從隊(duì)列中刪除 queue.dequeue() } //獲取剩下的結(jié)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(yōu)先級隊(duì)列
優(yōu)先級隊(duì)列的特點(diǎn):
- 我們知道,普通的隊(duì)列插入一個(gè)元素,數(shù)據(jù)會被放在后端.并且需要前面所有的元素都處理完成后才會處理前面的數(shù)據(jù).
- 但是優(yōu)先級隊(duì)列,在插入一個(gè)元素的時(shí)候會考慮該數(shù)
據(jù)的優(yōu)先級. - 和其他數(shù)據(jù)優(yōu)先級進(jìn)行比較.
- 比較完成后,可以得出這個(gè)元素在隊(duì)列中正確的位置
- 其他處理方式,和基本隊(duì)列的處理方式一樣.
優(yōu)先級隊(duì)列主要考慮的問題:
- 每個(gè)元素不再只是一個(gè)數(shù)據(jù),而且包含數(shù)據(jù)的優(yōu)先級
- 在添加方式中,根據(jù)優(yōu)先級放入正確的位置.
優(yōu)先級隊(duì)列的應(yīng)用:
- 一個(gè)現(xiàn)實(shí)的例子就是機(jī)場登機(jī)的順序
- 頭等艙和商務(wù)艙乘客的優(yōu)先級要高于經(jīng)濟(jì)艙乘客。
- 在有些國家,老年人和孕婦(或帶小孩的婦女)登機(jī)時(shí)也享有高于其他乘客的優(yōu)先級。
- 另一個(gè)現(xiàn)實(shí)中的例子是醫(yī)院的(急診科)候診室。
- 醫(yī)生會優(yōu)先處理病情比較嚴(yán)重的患者。
- 當(dāng)然,一般情況下是按照排號的順序。
- 計(jì)算機(jī)中,我們也可以通過優(yōu)先級隊(duì)列來重新排序隊(duì)列中任務(wù)的順序
- 比如每個(gè)線程處理的任務(wù)重要性不同,我們可以通過優(yōu)先級的大小,來決定該線程在隊(duì)列中被處理的次序.
七.優(yōu)先級隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)
- 現(xiàn)優(yōu)先級隊(duì)列相對隊(duì)列主要有兩方面需要考慮:
- 1)封裝元素和優(yōu)先級放在一起(可以封裝一個(gè)新的構(gòu)造函數(shù))
- 2)添加元素時(shí),將新插入元素的優(yōu)先級和隊(duì)列中已經(jīng)存在的元素優(yōu)先級進(jìn)行比較,以獲得自己正確的位置.
//封裝優(yōu)先級隊(duì)列 function PriorityQueue() { //在PriorityQueue重新創(chuàng)建了一個(gè)類 function QueueElemnt(element, priority) { this.element = element this.priority = priority } //封裝屬性 this.items = [] //1.實(shí)現(xiàn)插入方法 PriorityQueue.prototype.enqueue = function (element, priority) { //創(chuàng)建QueueElement對象 let queueElemnt = new QueueElemnt(element, priority) //判斷隊(duì)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(duì)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(duì)列是否為空 PriorityQueue.prototype.isEmpty = function () { return this.items.length === 0 } //5.查看隊(duì)列中元素的個(gè)數(shù) 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);
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