数据结构与算法－队列篇(js实现)-优快云博客

本文介绍了队列的基本概念、主要操作及其实现方法，并通过基数排序和优先队列两个实例展示了队列在实际问题解决中的应用。

　　队列是一种列表,不同的是队列只能在队尾插入元素,在队首删除元素。队列用于存储按顺序排列的数据,先进先出,这点和栈不一样,在栈中,最后入栈的元素反而被优先处理。可以将队列想象成在银行前排队的人群,排在最前面的人第一个办理业务,新来的人只能在后面排队,直到轮到他们为止。

　　队列是一种先进先出(First-In-First-Out,FIFO)的数据结构。队列被用在很多地方,比如提交操作系统执行的一系列进程、打印任务池等,一些仿真系统用队列来模拟银行或杂货店里排队的顾客。

一.队列的主要操作：

插入。插入操作也叫做入队，在队尾插入新元素。
删除。删除操作也叫做出队，删除队头的元素。
读取队头的元素。
读取队尾的元素。
读取队列中成员数。
判断队列是否为空。

　一个用数组实现的队列：

　利用数组中的push和shift方法可以使队列的实现显得非常简单，请看例子：

var names=[];
names.push("likek");
names.push("zhangsan");
names.push("lisi");
console.log(names.join());//"likek,zhangsan,lisi"
names.shift();//出队
console.log(names.join());//"zhangsan,lisi"

二.队列的实现：

　从定义一个Queue构造函数开始

function Queue() {
　this.dataStore = [];
}

　队列的各种操作

Queue.prototype={
  enqueue:function　(element) {
　　　this.dataStore.push(element);//入队，加入新成员
　},
  dequeue:function(){
     return this.dataStore.shift();//删除并返回队首元素
  },
  front:function(){
     return this.dataStore[0];//返回队首元素
  },
  back:function(){
     return this.dataStore[this.dataStore.length-1];//返回队尾元素
  },
  toString:function(){
     return this.dataStore.join();//返回队列中所有元素
  },
  isempty:function(){
     return !this.dataStore.length;//判断队列是否为空
  }
}

测试

var ui=new Queue();
ui.enqueue("likek");
ui.enqueue("哈哈");
ui.enqueue(18);
ui.toString();//"likek,哈哈,18"
ui.dequeue();//"likek"
ui.toString();//"likek,哈哈"
ui.isempty();//false
ui.dequeue();ui.dequeue();
ui.isempty();//true

三.队列的应用－基数排序(这里只考虑小于100的数字)：

　对于 0~99 的数字,基数排序将数据集扫描两次。第一次按个位上的数字进行排序,第二

　次按十位上的数字进行排序。每个数字根据对应位上的数值被分在不同的盒子里。假设有

　如下数字:

　91, 46, 85, 15, 92, 35, 31, 22

　经过基数排序第一次扫描之后,数字被分配到如下盒子中:

　bin 0:

bin 1: 91, 31

bin 2: 92, 22

bin 3:

bin 4:

bin 5: 85, 15, 35

bin 6: 46

bin 7:

bin 8:

bin 9:

　根据盒子的顺序,对数字进行第一次排序的结果如下:

　91, 31, 92, 22, 85, 15, 35, 46

　然后根据十位上的数值再将上次排序的结果分配到不同的盒子中:

　bin 0:

bin 1:15

bin 2: 22

bin 3: 31,35

bin 4: 46

bin 5:

bin 6:

bin 7:

bin 8: 85

bin 9: 91,92

　最后,将盒子中的数字取出,组成一个新的列表,该列表即为排好序的数字:

　15, 22, 31, 35, 46, 85, 91, 92　

接下来我们用代码来实现它：

//按照个位数字或者十位数字将数组的每一个元素压入对应的队列中
//nums代表需要排序的数组
//queues代表了nums数组的长度
//n代表了个位数或十位数字最大
//digit表示了此次排列是针对个位数还是十位数
function distribute(nums, queues, n, digit) {
　for (var i = 0; i < n; ++i) {
　　　if (digit == 1) {
　　　　queues[nums[i]%10].enqueue(nums[i]);
　　　}else {
　　　　queues[Math.floor(nums[i] / 10)].enqueue(nums[i]);
　　　}
　}
}
//将经过以上distribute函数处理之后的queues队列数组中的元素按照顺序取出(会将queues数组中的每一个队列清空)，并放回nums，此时nums将更新为按照个位数或十位数排序后的数组
function collect(queues, nums) {
　　var i = 0;
　　for (var digit = 0; digit < 10; ++digit) {
　　　　while (!queues[digit].isempty()) {
　　　　　nums[i++] = queues[digit].dequeue();
　　　　}
　　}
}
//生成队列数组，总共十个队列
var queues = [];
for (var i = 0; i < 10; ++i) {
   queues[i] = new Queue();
}
//长度为10的待排序数组
var nums = [65,32,12,25,12,6,78,7,44,23];
//输出排序之前的数组nums
console.log(nums.join());//65,32,12,25,12,6,78,7,44,23

//按照个位数的值将nums内的各个元素压入队列数组queues
distribute(nums, queues, 10, 1);
collect(queues, nums);//更新nums数组中的元素并清空queues中每个队列
console.log(nums.join());//32,12,12,23,44,65,25,6,7,78
//按照十位数的值将nums内的各个元素压入队列数组queues
distribute(nums, queues, 10, 10);
collect(queues, nums);//更新nums
console.log(nums.join());//6,7,12,12,23,25,32,44,65,78
//排序完成

四.优先队列

　　优先队列和普通的队列的区别在于，优先队列在删除元素时不必遵守先进先出的约定，而是根据优先级的大小来决定该删除谁。

　　举个现实生活中的例子，比如医院急诊科的候诊室,就是一个采取优先队列的例子。当病人进入候诊室时,护士会评估患者病情的严重程度,然后给一个优先级代码。高优先级的患者先于低优先级的患者就医,同样优先级的患者按照先来先服务的顺序就医。

　我们现在用代码来实现这一场景：

    //建一个患者类
    function Patient(name, code) {　
        this.name = name;　
        this.code = code;　 //代表优先级，值越小代表优先级越高
    }
    //对于Queue类我们只需要修改其dequeue方法和toString方法即可
    function Queue() {　
        this.dataStore = [];
    }
    Queue.prototype = {
        enqueue: function (element) {　　　
            this.dataStore.push(element); //入队，加入新成员
            　
        }
        , dequeue: function () {　　　　
            var priority = 0;　　　　
            for (var i = 1; i < this.dataStore.length; ++i) {　　　　　　
                if (this.dataStore[i].code < this.dataStore[priority].code) {
                    priority = i;
                    console.log(priority);　　　　　
                }　　　
            }　　　
            return this.dataStore.splice(priority, 1);　
        }
        , front: function () {
            return this.dataStore[0]; //返回队首元素
        }
        , back: function () {
            return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]; //返回队尾元素
        }
        , toString: function () {　　　　
            var retStr = "";　　　　
            for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {　　　　
                retStr += this.dataStore[i].name + " code: "　　　 + this.dataStore[i].code + "\n";　　
            }　　
            return retStr;　
        }
        , isempty: function () {
            return !this.dataStore.length; //判断队列是否为空
        }
    }
    //五个病人排队等候
    var p = new Patient("Smith", 5);
    var ed = new Queue();
    ed.enqueue(p);
    p = new Patient("Jones", 4);
    ed.enqueue(p);
    p = new Patient("Fehrenbach", 6);
    ed.enqueue(p);
    p = new Patient("Brown", 1);
    ed.enqueue(p);
    p = new Patient("Ingram", 1);
    ed.enqueue(p);
    console.log(ed.toString());
　　  /*Smith code: 5
　　　Jones code: 4
　　　Fehrenbach code: 6
　　　Brown code: 1
　　　Ingram code: 1*/
　　//一个病人出队就诊
    ed.dequeue();
    console.log(ed.toString());
　　  /*Smith code: 5
　　　Jones code: 4
　　　Fehrenbach code: 6
　　　Ingram code: 1*/
　　//又一个病人出队就诊
    ed.dequeue();
    console.log(ed.toString());
　　  /*Smith code: 5
　　　Jones code: 4
　　　Fehrenbach code: 6*/
　　//我来看病
    p = new Patient("likeke", 2);
    ed.enqueue(p);
    console.log(ed.toString());
　　  /*Smith code: 5
　　　Jones code: 4
　　　Fehrenbach code: 6
　　　likeke code: 2*/