队列(queue)结构

一、介绍

队列是一种特殊的线性表，生活中类似队列结构的场景：

• 排队，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)。

如图所示：

队列的限制

• 先进先出 (FIFO：First In First Out)
• 只允许在表的前端（front）进行删除操作
• 只允许在表的后端（rear）进行插入操作

如图所示：

二、程序中的队列

• 打印队列：计算机打印多个文件的时候，需要排队打印
• 线程队列：当开启多线程时，当新开启的线程所需的资源不足时就先放入线程队列，等待 CPU 处理

三、队列的实现

队列有两种实现方式，这里就基于数组方式实现了

• 基于数组实现
• 基于链表实现

队列常见的操作

• 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() 返回队列中的第一个元素——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 Map 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

代码实现

1.普通队列

 function Queue() {
   this.items = [];
 ​
   // 1.将元素加入队列
   Queue.prototype.enqueue = function (element) {
     return this.items.push(element);
   };
 ​
   // 2.从队列中删除元素
   Queue.prototype.dequeue = function () {
     return this.items.shift();
   };
 ​
   // 3.查看前端的元素
   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.查看队列元素个数
   Queue.prototype.size = function () {
     return this.items.length;
   };
 ​
   // 6.toString方法
   Queue.prototype.toString = function () {
     // 返回格式如： 10 20 30 等
     var resString = "";
     for (var i = 0; i < this.items.length; i++) {
       resString += this.items[i] + " ";
     }
     return resString;
   };
 }

测试代码

 var q = new Queue();
 q.enqueue("10");
 q.enqueue("20");
 q.enqueue("30");
 console.log(q.items); // [ '10', '20', '30' ]
 ​
 q.dequeue();
 console.log(q.items); // [ '20', '30' ]
 ​
 console.log(q.front()); // 20
 console.log(q.isEmpty()); // false
 console.log(q.size()); // 2
 console.log(q.toString()); // 20 30

2.优先级队列

优先级队列，在队列的基础上，增加优先级

其实就是在元素入队时，根据传入的优先级，找到合适的位置，并插入

 function PriorityQueue() {
   // 内部类 也可以用对象存放
   function QueueElement(element, priority) {
     this.element = element;
     this.priority = priority;
   }
 ​
   this.item = [];
 ​
   // 1.将元素加入队列
   PriorityQueue.prototype.enququ = function (element, priority) {
     var queueElement = new QueueElement(element, priority);
     // 如果数组为空，将直接push
     if (this.item.length === 0) {
       this.item.push(queueElement);
     } else {
       var added = false;
       for (var i = 0; i < this.item.length; i++) {
         // 若发现优先级比较大
         if (queueElement.priority < this.item[i].priority) {
           // 插入进去
           this.item.splice(i, 0, queueElement);
           added = true;
           break;
         }
       }
 ​
       // 若没有执行过插入，说明优先级比较小，直接push
       if (!added) {
         this.item.push(queueElement);
       }
     }
   };
 ​
   // 2.从队列中删除元素
   PriorityQueue.prototype.dequeue = function () {
     return this.items.shift();
   };
 ​
   // 3.查看前端的元素
   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.查看队列元素个数
   PriorityQueue.prototype.size = function () {
     return this.items.length;
   };
 ​
   // 6.toString方法
   PriorityQueue.prototype.toString = function () {
     // 返回格式如： 10 20 30 等
     var resString = "";
     for (var i = 0; i < this.items.length; i++) {
       resString += this.items[i] + " ";
     }
     return resString;
   };
 }

四、应用

1.击鼓传花

 const Queue = require("./queue");
 ​
 /**
  * 击鼓传花游戏规则：
  * 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：最后胜利者原来在哪一个位置上
  */
 let names = ["小明", "小红", "小亮"];
 function passGame(nameList, stopNum = 1) {
   let q = new Queue();
   for (const item of nameList) {
     q.enqueue(item);
   }
 ​
   while (q.size() > 1) {
     for (let i = 0; i < stopNum - 1; i++) {
       q.enqueue(q.dequeue());
     }
     q.dequeue();
   }
   console.log("最后剩下的人是:", q.front()); // 最后剩下的人是: 小红
   return nameList.indexOf(q.front()); //返回对应的位置
 }
 ​
 console.log(passGame(names, 3)); // 1

2.最近的请求次数

 var RecentCounter = function () {
   this.queue = [];
 };
 ​
 /** 
  * @param {number} t
  * @return {number}
  */
 RecentCounter.prototype.ping = function (t) {
   this.queue.push(t)
   // 将3000ms之前的数据，踢出队列
   while (this.queue[0] < t - 3000) {
     this.queue.shift()
   }
   // 队列中剩下的元素个数就是最近的请求次数
   return this.queue.length
 };