JavaScript實現隊列結構（Queue）
一、隊列簡介
隊列是是一種受限的線性表，特點為先進先出（FIFO：first in first out）。
- 受限之處在於它只允許在表的前端（front）進行刪除操作；
- 在表的后端（rear）進行插入操作；
相當於排隊買票，先來的先買票，后來的后買票。
隊列的應用：
- 打印隊列：計算機打印多個文件的時候，需要排隊打印；
- 線程隊列：當開啟多線程時，當新開啟的線程所需的資源不足時就先放入線程隊列，等待CPU處理；
隊列類的實現：
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；
隊列的常見操作：
- 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（）：返回隊列中的第一個元素——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；
二、封裝隊列類
2.1.代碼實現
// 基於數組封裝隊列類
function Queue() {
// 屬性
this.items = []
// 方法
// 1.enqueue():將元素加入到隊列中
Queue.prototype.enqueue = element => {
this.items.push(element)
}
// 2.dequeue():從隊列中刪除前端元素
Queue.prototype.dequeue = () => {
return this.items.shift()
}
// 3.front():查看前端的元素
Queue.prototype.front = () => {
return this.items[0]
}
// 4.isEmpty:查看隊列是否為空
Queue.prototype.isEmpty = () => {
return this.items.length == 0;
}
// 5.size():查看隊列中元素的個數
Queue.prototype.size = () => {
return this.items.length
}
// 6.toString():將隊列中元素以字符串形式輸出
Queue.prototype.toString = () => {
let resultString = ''
for (let i of this.items){
resultString += i + ' '
}
return resultString
}
}
測試代碼：
// 創建隊列
let queue = new Queue()
// 將元素加入到隊列中
queue.enqueue('a')
queue.enqueue('b')
queue.enqueue('c')
queue.enqueue('d')
console.log(queue); //58
// 從隊列中刪除元素
queue.dequeue()
console.log(queue); //62
queue.dequeue()
console.log(queue); //64
//front
console.log(queue.front()); //67
// 驗證其他方法
console.log(queue.isEmpty()); //70
console.log(queue.size()); //71
console.log(queue.toString()); //72
測試結果：
2.2.隊列的應用
使用隊列實現小游戲：擊鼓傳花，傳入一組數據和設定的數字num，循環遍歷數組內元素，遍歷到的元素為指定數字num時將該元素刪除，直至數組剩下一個元素。
代碼實現：
// 隊列應用：面試題：擊鼓傳花
let passGame = (nameList, num) => {
//1.創建隊列結構
let queue = new Queue()
//2.將所有人依次加入隊列
// 這是ES6的for循環寫法，i相當於nameList[i]
for(let i of nameList){
queue.enqueue(i)
}
// 3.開始數數
while(queue.size() > 1){//隊列中只剩1個人就停止數數
// 不是num的時候，重新加入隊列末尾
// 是num的時候，將其從隊列中刪除
// 3.1.num數字之前的人重新放入隊列的末尾(把隊列前面刪除的加到隊列最后)
for(let i = 0; i< num-1; i++ ){
queue.enqueue(queue.dequeue())
}
// 3.2.num對應這個人，直接從隊列中刪除
/*
思路是這樣的，由於隊列沒有像數組一樣的下標值不能直接取到某一元素，所以采用，把num前面的num-1個元素先刪除后添加到隊列末尾，這樣第num個元素就排到了隊列的最前面，可以直接使用dequeue方法進行刪除
*/
queue.dequeue()
}
//4.獲取剩下的那個人
console.log(queue.size()); //104
let endName = queue.front()
console.log('最終剩下的人：' + endName); //106
return nameList.indexOf(endName);
}
//5.測試擊鼓傳花
let names = ['lily', 'lucy', 'Tom', 'Lilei', 'Tony']
console.log(passGame(names, 3)); //113
測試結果：
三、優先隊列
優先級隊列主要考慮的問題為：
- 每個元素不再只是一個數據，還包含數據的優先級；
- 在添加數據過程中，根據優先級放入到正確位置；
3.1.優先級隊列的實現
代碼實現：
// 封裝優先級隊列
function PriorityQueue() {
//內部類：在類里面再封裝一個類;表示帶優先級的數據
function QueueElement(element, priority) {
this.element = element;
this.priority = priority;
}
// 封裝屬性
this.items = []
// 1.實現按照優先級插入方法
PriorityQueue.prototype.enqueue = (element, priority) => {
// 1.1.創建QueueElement對象
let queueElement = new QueueElement(element, priority)
// 1.2.判斷隊列是否為空
if(this.items.length == 0){
this.items.push(queueElement)
}else{
// 定義一個變量記錄是否成功添加了新元素
let added = false
for(let i of this.items){
// 讓新插入的元素與原有元素進行優先級比較(priority越小，優先級越大)
if(queueElement.priority < i.priority){
this.items.splice(i, 0, queueElement)
added = true
// 新元素已經找到插入位置了可以使用break停止循環
break
}
}
// 新元素沒有成功插入，就把它放在隊列的最前面
if(!added){
this.items.push(queueElement)
}
}
}
// 2.dequeue():從隊列中刪除前端元素
PriorityQueue.prototype.dequeue = () => {
return this.items.shift()
}
// 3.front():查看前端的元素
PriorityQueue.prototype.front = () => {
return this.items[0]
}
// 4.isEmpty():查看隊列是否為空
PriorityQueue.prototype.isEmpty = () => {
return this.items.length == 0;
}
// 5.size():查看隊列中元素的個數
PriorityQueue.prototype.size = () => {
return this.items.length
}
// 6.toString():以字符串形式輸出隊列中的元素
PriorityQueue.prototype.toString = () => {
let resultString = ''
for (let i of this.items){
resultString += i.element + '-' + i.priority + ' '
}
return resultString
}
}
測試代碼：
// 測試代碼
let pq = new PriorityQueue();
pq.enqueue('Tom',111);
pq.enqueue('Hellen',200);
pq.enqueue('Mary',30);
pq.enqueue('Gogo',27);
// 打印修改過后的優先隊列對象
console.log(pq);
測試結果：
3.2.注意點
關於數組方法splice用法：
-
splice（1，0，'Tom'）：表示在索引為1的元素前面插入元素’Tom‘（也可以理解為從索引為1的元素開始刪除，刪除0個元素，再在索引為1的元素前面添加元素'Tom'）；
-
splice（1，1，'Tom'）：表示從索引為1的元素開始刪除（包括索引為1的元素），共刪除1個元素，並添加元素'Tom'。即把索引為1的元素替換為元素'Tom'。
數組的push方法在數組、棧和隊列中的形式：
- 數組：在數組[0，1，2]中，pop(3)，結果為[0，1，2，3]；
- 棧：執行pop(0)，pop(1)，pop(2)，pop(3)，從棧底到棧頂的元素分別為：0，1，2，3；如果看成數組，可寫為[0，1，2，3]，但是索引為3的元素3其實是棧頂元素；所以說棧的push方法是向棧頂添加元素（但在數組的視角下為向數組尾部添加元素）；
- 隊列：enqueue方法可以由數組的push方法實現，與數組相同，相當於在數組尾部添加元素。
可以這樣想：棧結構是頭朝下（索引值由下往上增大）的數組結構。
參考資料:JavaScript數據結構與算法