5分钟图解数据结构之队列！

路灯下的光
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1 什么是队列？

  • 队列是一种先进先出(First In First Out,FIFO)的数据结构。其中是一组有序的数据项，遵循头部删除数据，尾部添加数据的原则。生活中的队列有哪些？排队买电影票、飞机票等这种都是先到先服务，当天买完了就没有了。队列也是一样先来先入队出队。如一组数据从左到右按顺序进行入队：1,3,1,4,5,2,0。

    image.png

  • 队列可以做什么？

    • push：在队列尾部添加元素。
    • pop：在队列头部删除元素。
    • peek：获取队列的第一个元素，也就是队头，不改变队列原有元素。
    • isEmpty：判断队列是否为空。

  • 队列的Javascript实现？

  • 以两个栈为例：定义两个数组stackIn和stackOut作为存储栈，stackIn栈临时存储push进来的值，stackOut存储真正队列的数据序列。每次存到stackIn中的值都会被添加到stackOut数组开头（也就是队尾），获取队头也就是获取stackOut栈顶的数据，这样就遵循了队列先进先出的原则了。

     var MyQueue = function() {
    this.stackIn = [];// 临时存储数据元素队列
    this.stackOut = [];// 真正存储数据元素队列
 };

    image.png

  • 队列操作主要方法：对临时存储数组进行一一出栈添加到另一数组的开头，stackOut最后一个元素就是队头，数组的第一个元素就是队尾，符合队列的先进后出的原则。

    MyQueue.prototype.fillStack = function(){
    if(this.stackIn.length===0) return;
    while(this.stackIn.length){// 判断存储数据的栈
        this.stackOut.unshift(this.stackIn.pop());// 在数组开头添加元素
    }
}

  • 每次添加元素都会对stackOut进行操作：

    MyQueue.prototype.push = function(x) {
   this.stackIn.push(x);
   this.fillStack();
};

  • 读取队头（改变原来数组）：this.stackOut.pop();

  • 读取队头（不改变原来数组）：this.stackOut.slice(-1);;

2 什么是双端队列？

  • 双端队列：类似生活中的双火车头，火车前后都可以添加火车头，也可以去掉车厢节。同样的道理队列的前后都可以添加或删除队列元素。
var MyCircularDeque = function(k) {
   this.size=k;
   this.circularDeque = [];
};

image.png

  • 双端队列的实现：

  • insertFront：在队列头部添加元素。

    MyCircularDeque.prototype.insertFront = function(value) {
  if(this.isFull()){
      return false;
  }else{
      this.circularDeque.unshift(value);
  }
  return true;
};

  • insertLast：在队列尾部添加元素。

    MyCircularDeque.prototype.insertLast = function(value) {
  if(this.isFull()){
      return false;
  }else{
      this.circularDeque.push(value);
  }
  return true;
};

  • deleteFront：在队列头部删除元素。 this.circularDeque.shift()

  • deleteLast：在队列尾部删除元素。 this.circularDeque.pop()

  • getFront：获取队列头部元素。this.circularDeque[0]

  • getRear：获取队列尾部元素。this.circularDeque[this.circularDeque.length-1]

  • isEmpty：判断队列是否为空。

  • isFull：判断队列元素是否已经达到队列最大限制长度了。

3 什么是循环队列？

  • 循环队列：为了合理使用队列空间，通过head和tail指针控制队列添加或删除数据，初始的时候，head和tail都是指向队列索引0位置，当队列空间已经满了，head和tail又重新指回同一位置，怎么实现队列循环的呢？当tail指针已经指向了一圈了，此时队列还有空间，可以通过tail%size（队列长度）充分利用剩余空间。

  • 当队列添加元素时，tail指针后移，head指针保持原有位置不变。 image.png

  • 当队列删除元素时，head指针后移，tail指针保持原有位置不变。 image.png

  • 当元素已经到达了队列满空间位置了，head指针与tail指针又重新组合了，此时tail = tail%size。

    image.png

  • 循环队列的实现：

  • enQueue：添加元素，tail指针后移。

    MyCircularQueue.prototype.enQueue = function (value) {
    if (this.isFull()) {
        return false;
    } else {
        this.circularQue[this.tail % this.size] = value;
        this.tail++;
        return true;
    }
};

  • deQueue：删除元素，head指针后移。

    MyCircularQueue.prototype.deQueue = function () {
    if (this.isEmpty()) {
        return false;
    } else {
        this.head++;
    }
    return true;
};

  • Front：获取对头元素。

    MyCircularQueue.prototype.Front = function () {
    if (this.isEmpty()) {
        return -1;
    } else {
        return this.circularQue[this.head% this.size];
    }
};

  • Rear：获取队尾元素。

    MyCircularQueue.prototype.Rear = function () {
    if (this.isEmpty()) {
        return -1;
    } else {
        return this.circularQue[(this.tail-1)%this.size];
    }
};

  • isEmpty：判断当前队列是否为空。

    MyCircularQueue.prototype.isEmpty = function () {
    return this.head === this.tail;
};

  • isFull：判断当前队列空间是否已满。

    MyCircularQueue.prototype.isFull = function () {
    if (this.tail - this.head === this.size) {
        return true;
    }
    return false;
};

4 leetcode实操：

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