JavaScript數據結構之 - 隊列

前面我們學習了棧的實現，隊列和棧非常類似，但是使用了不同的原則，而非後進先出。

隊列是遵循FIFO（First In First Out，先進先出）原則的一組有序的項。隊列在尾部添加新元素，並從頂部移除元素。最新添加的元素必須排在隊列的末尾。

在計算機科學中，一個最常見的例子就是 打印隊列 。比如說我們要打印五份文檔。我們會打開每個文檔，然後點擊打印按鈕。每個文檔都會被髮送至打印隊列。第一個發送到打印隊列的文檔會首先被打印，以此類推，直到打印完所有文檔。

二、隊列的實現

2.1 普通隊列

創建普通隊列類：

// Queue類
function Queue () {
  this.items = [];

  this.enqueue = enqueue;
  this.dequeue = dequeue;
  this.front = front;
  this.isEmpty = isEmpty;
  this.size = size;
  this.clear = clear;
  this.print = print;
}

隊列裏面有一些聲明的輔助方法：

enqueue(element)：向隊列尾部添加新項
dequeue()：移除隊列的第一項（即排在隊列最前面的項），並返回被移除的元素
front()：返回隊列中第一個元素，隊列不做任何變動，和Stack的peek()方法類似
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
print()：打印隊列中的元素
clear()：清空整個隊列

下面我們來一一實現這些輔助方法：

// 向隊列尾部添加元素
function enqueue (element) {
  this.items.push(element);
}

// 移除隊列的第一個元素，並返回被移除的元素
function dequeue () {
  return this.items.shift();
}

// 返回隊列的第一個元素
function front () {
  return this.items[0];
}

// 判斷是否爲空隊列
function isEmpty () {
  return this.items.length === 0;
}

// 獲取隊列的長度
function size () {
  return this.items.length;
}

// 清空隊列
function clear () {
  this.items = [];
}

// 打印隊列裏的元素
function print () {
  console.log(this.items.toString());
}

創建普通隊列實例進行測試：

// 創建Queue實例
var queue = new Queue();

console.log(queue.isEmpty());     // true
queue.enqueue("John");            // undefined
queue.enqueue("Jack");            // undefined
queue.enqueue("Camila");          // undefined
queue.print();                    // "John,Jack,Camila"
console.log(queue.size());        // 3
console.log(queue.isEmpty());     // false
queue.dequeue();                  // "John"
queue.dequeue();                  // "Jack"
queue.print();                    // "Camila"
queue.clear();                    // undefined
console.log(queue.size());        // 0

2.2 優先隊列

2.2.1 定義

普通隊列的添加和移除只依賴於先後順序，先來的先添加，後來的後添加，然後按照先後順序依次從隊列移除。

但是，還有一種隊列叫 優先隊列 ，元素的添加和移除是依賴優先級的。

一個現實的例子就是機場登機的順序。頭等艙和商務艙乘客的優先級要高於經濟艙乘客。再比如火車，老年人、孕婦和帶小孩的乘客是享有優先檢票權的。

2.2.2 分類

優先隊列分爲兩類：

最小優先隊列
最大優先隊列

最小優先隊列是把優先級的值最小的元素被放置到隊列的最前面（代表最高的優先級）。比如有四個元素：”John”, “Jack”, “Camila”, “Tom”，他們的優先級值分別爲4，3，2，1。

那麼 最小優先隊列排序 應該爲： “Tom”，”Camila”，”Jack”，”John” 。

最大優先隊列正好相反，把優先級值最大的元素放置在隊列的最前面，以上面的爲例，最大優先隊列排序應該爲： “John”, “Jack”, “Camila”, “Tom” 。

2.2.2 實現

實現一個優先隊列，有兩種選項：

設置優先級，根據優先級正確添加元素，然後和普通隊列一樣正常移除
設置優先級，和普通隊列一樣正常按順序添加，然後根據優先級移除

這裏最小優先隊列和最大優先隊列我都採用第一種方式實現，大家可以嘗試一下第二種。

所以我只重寫enqueue()方法和print()方法，其他方法和上面的普通隊列完全相同。完整代碼見我的github 。

實現最小優先隊列：

// 定義最小優先隊列
function MinPriorityQueue () {
  this.items = [];

  this.enqueue = enqueue;
  this.dequeue = dequeue;
  this.front = front;
  this.isEmpty = isEmpty;
  this.size = size;
  this.clear = clear;
  this.print = print;
}

實現最小優先隊列enqueue()方法和print()方法：

// 優先隊列添加元素，要根據優先級判斷在隊列中的插入順序
function enqueue (element, priority) {
  var queueElement = {
    element: element,
    priority: priority
  };

  if (this.isEmpty()) {
    this.items.push(queueElement);
  } else {
    var added = false;

    for (var i = 0; i < this.size(); i++) {
      if (queueElement.priority < this.items[i].priority) {
        this.items.splice(i, 0, queueElement);
        added = true;
        break ;
      }
    }

    if (!added) {
      this.items.push(queueElement);
    }
  }
}

// 打印隊列裏的元素
function print () {
  var strArr = [];

  strArr = this.items.map(function (item) {
    return `${item.element}->${item.priority}`;
  });

  console.log(strArr.toString());
}

最小優先隊列測試：

// 創建最小優先隊列minPriorityQueue實例
var minPriorityQueue = new MinPriorityQueue();

console.log(minPriorityQueue.isEmpty());     // true
minPriorityQueue.enqueue("John", 1);         // undefined
minPriorityQueue.enqueue("Jack", 3);         // undefined
minPriorityQueue.enqueue("Camila", 2);       // undefined
minPriorityQueue.enqueue("Tom", 3);          // undefined
minPriorityQueue.print();                    // "John->1,Camila->2,Jack->3,Tom->3"
console.log(minPriorityQueue.size());        // 4
console.log(minPriorityQueue.isEmpty());     // false
minPriorityQueue.dequeue();                  // {element: "John", priority: 1}
minPriorityQueue.dequeue();                  // {element: "Camila", priority: 2}
minPriorityQueue.print();                    // "Jack->3,Tom->3"
minPriorityQueue.clear();                    // undefined
console.log(minPriorityQueue.size());        // 0

實現最大優先隊列

最大優先隊列只要將優先級的判斷改爲大於號”>”就可以了：在此我向大家推薦一個架構學習交流羣。交流學習羣號：821169538 裏面會分享一些資深架構師錄製的視頻錄像：有Spring，MyBatis，Netty源碼分析，高併發、高性能、分佈式、微服務架構的原理，JVM性能優化、分佈式架構等這些成爲架構師必備的知識體系。還能領取免費的學習資源，目前受益良多。

// 最大優先隊列MaxPriorityQueue類
function MaxPriorityQueue () {
  this.items = [];

  this.enqueue = enqueue;
  this.dequeue = dequeue;
  this.front = front;
  this.isEmpty = isEmpty;
  this.size = size;
  this.clear = clear;
  this.print = print;
}

// 優先隊列添加元素，要根據優先級判斷在隊列中的插入順序
function enqueue (element, priority) {
  var queueElement = {
    element: element,
    priority: priority
  };

  if (this.isEmpty()) {
    this.items.push(queueElement);
  } else {
    var added = false;

    for (var i = 0; i < this.items.length; i++) {
      // 注意，只需要將這裏改爲大於號就可以了
      if (queueElement.priority > this.items[i].priority) {
        this.items.splice(i, 0, queueElement);
        added = true;
        break ;
      }
    }

    if (!added) {
      this.items.push(queueElement);
    }
  }
}

最大優先隊列測試：

// 創建最大優先隊列maxPriorityQueue實例
var maxPriorityQueue = new MaxPriorityQueue();

console.log(maxPriorityQueue.isEmpty());     // true
maxPriorityQueue.enqueue("John", 1);         // undefined
maxPriorityQueue.enqueue("Jack", 3);         // undefined
maxPriorityQueue.enqueue("Camila", 2);       // undefined
maxPriorityQueue.enqueue("Tom", 3);          // undefined
maxPriorityQueue.print();                    // "Jack->3,Tom->3,Camila->2,John->1"
console.log(maxPriorityQueue.size());        // 4
console.log(maxPriorityQueue.isEmpty());     // false
maxPriorityQueue.dequeue();                  // {element: "Jack", priority: 3}
maxPriorityQueue.dequeue();                  // {element: "Tom", priority: 3}
maxPriorityQueue.print();                    // "Camila->2,John->1"
maxPriorityQueue.clear();                    // undefined
console.log(maxPriorityQueue.size());        // 0

2.3 循環隊列

還有一種隊列實現叫做 循環隊列 。

循環隊列的一個例子就是 擊鼓傳花遊戲（Hot Potato） 。在這個遊戲中，孩子們圍城一個圓圈，擊鼓的時候把花盡快的傳遞給旁邊的人。某一時刻擊鼓停止，這時花在誰的手裏，誰就退出圓圈直到遊戲結束。重複這個過程，直到只剩一個孩子（勝者）。

下面我們在普通隊列的基礎上，實現一個模擬的擊鼓傳花遊戲：

// 實現擊鼓傳花
function hotPotato (nameList, num) {
  var queue = new Queue();

  for (var i = 0; i < nameList.length; i++) {
    queue.enqueue(nameList[i]);
  }

  var eliminated = '';

  while (queue.size() > 1) {
    // 循環num次，隊首出來去到隊尾
    for (var i = 0; i < num; i++) {
      queue.enqueue(queue.dequeue());
 }
    // 循環num次過後，移除當前隊首的元素
    eliminated = queue.dequeue();
    console.log(`${eliminated}在擊鼓傳花中被淘汰！`);
 }

  // 最後只剩一個元素
  return queue.dequeue();
 }

// 測試
var nameList = ["John", "Jack", "Camila", "Ingrid", "Carl"];
var winner = hotPotato(nameList, 10);
console.log(`最後的勝利者是：${winner}`);

執行結果爲：

// John在擊鼓傳花中被淘汰！
// Ingrid在擊鼓傳花中被淘汰！ 
// Jack在擊鼓傳花中被淘汰！
// Camila在擊鼓傳花中被淘汰！
// 最後的勝利者是：Carl

JavaScript數據結構之 - 隊列

二、隊列的實現

2.1 普通隊列

2.2 優先隊列

2.2.1 定義

2.2.2 分類

2.2.2 實現

2.3 循環隊列

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