三、隊列:優先隊列+循環隊列(擊鼓傳花算法)

隊列:

隊列是遵循FIFO(First In First Out,先進先出,也稱爲先來先服務)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。

在現實中,最常見的隊列的例子就是排隊

我們需要創建自己的類來表示一個隊列:

function Queue() {
	/*
	 * 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。
	 * 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。
	 * clear(): 清空隊列。
	 * print(): 以字符串形式打印當前隊列。
	 */
	var items = [];
	this.enqueue = function (element) {
		items.push(element);
	};
	this.dequeue = function () {
		return items.shift();
	};
	this.front = functin(){
		return  item[0];
	}
	this.isEmpty = function(){
		return items.length === 0;
	};
	this.size = function () {
		return items.length;
	};
	this.clear = function () {
		items = [];
	};
	this.print = function(){
		console.log(items.toString());
	}
}

實例化隊列:const queue = new Queue();
向隊列中依次添加三個元素:
1、queue.enqueue('John');
2、queue.enqueue('Jack');
3、queue.enqueue('camila');

下圖展示的是入列操作,以及隊列當前的狀態:
在這裏插入圖片描述
出列兩個元素(執行兩次dequeue方法)。
1、queue.dequeue();
2、queue.dequeue();
下圖展示了dequeue方法的執行過程:
在這裏插入圖片描述


優先隊列:

實現一個優先隊列,有兩種選項:

1、設置優先級,然後在正確的位置添加元素。
2、用入列操作添加元素,然後按照優先級移除它們。

優先隊列分爲:
1、最小優先隊列:優先級:1>2>3>…
2、最大優先隊列;優先級:…>3>2>1

在下面的示例中是一個 “最小優先隊列” ,我們聲明一個優先隊列的類,在正確的位置添加元素,因此可以對它們使用默認的出列操作:

/*
 * element: 排隊的人
 * priority: 優先級
 */
function PriorityQueue() {
	var items = [];
	function QueueElement(element, priority) {
		this.element = element;
		this.priority = priority;
	}
	this.enqueue = function (element, priority) {
		var queueElement = new QueueElement(element, priority);
		if (this.isEmpty()) {
			items.push(queueElement);
		} else {
			var added = false;
			for (var i = 0; i < items.length; i++) {
				if (queueElement.priority < items[i].priority) {
					items.splice(i, 0, queueElement);
					added = true;
					break;
				}
			}
			if (!added) {
				items.push(queueElement);
			}
		}
	};
	this.isEmpty = function () {
		return items.length === 0;
	};
	this.print = function () {
		console.log(items);
	};
}

默認的Queue類和PriorityQueue類實現上的區別是,要向PriorityQueue添加元素,需要創建一個特殊的元素QueueElement。這個元素包含了要添加到隊列的元素(它可以是任意類型)及其在隊列中的優先級
如果隊列爲空,可以直接將元素入列。否則,就需要比較該元素與其他元素的優先級。當找到一個比要添加的元素的priority值更大(優先級更低)的項時,就把新元素插入到它之前(根據這個邏輯,對於其他優先級相同,但是先添加到隊列的元素,我們同樣遵循先進先出的原則)。要做到這一點,我們可以用JavaScript的array類的 splice 方法。一旦找到priority值更大的元素,就插入新元素並終止隊列循環。這樣,隊列也就根據優先級排序了。
如果要添加元素的priority值大於任何已有的元素,把它添加到隊列的末尾就行了。

執行以下操作:
1、var priorityQueue = new PriorityQueue();
2、priorityQueue.enqueue('John', 2);
3、priorityQueue.enqueue('Jack', 1);
4、priorityQueue.enqueue('Camila', 1);
5、priorityQueue.print();
入列方式如下圖所示:

在這裏插入圖片描述
打印結果(items)如下圖所示:
在這裏插入圖片描述


循環隊列:

循環隊列的一個例子就是擊鼓傳花遊戲(HotPotato)。在這個遊戲中,孩子們圍成一個圓圈,把花儘快地傳遞給旁邊的人。某一時刻傳花停止,這個時候花在誰手裏,誰就退出圓圈結束遊戲。重複這個過程,直到只剩一個孩子(勝者)。

/*
 * nameList: 玩遊戲的人
 * num: 傳遞次數
 * eliminated: 被淘汰的人
 */
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) {
		for (var i = 0; i < num; i++) {
			queue.enqueue(queue.dequeue());
		}
		eliminated = queue.dequeue();
		console.log(eliminated + '在擊鼓傳花遊戲中被淘汰。');
	}
	return queue.dequeue();
}
var names = ['John', 'Jack', 'Camila', 'Ingrid', 'Carl'];
var winner = hotPotato(names, 7);
console.log('勝利者:' + winner); 
/*
 * 以上代碼輸出
 * Camila在擊鼓傳花遊戲中被淘汰。
 * Jack在擊鼓傳花遊戲中被淘汰。
 * Carl在擊鼓傳花遊戲中被淘汰。
 * Ingrid在擊鼓傳花遊戲中被淘汰。
 * 勝利者:John
 */

實現一個模擬的擊鼓傳花遊戲,要用到開頭實現的Queue類。我們會得到一份名單,把裏面的名字全都加入隊列。給定一個數字,然後迭代隊列。從隊列開頭移除一項,再將其添加到隊列末尾,模擬擊鼓傳花(如果你把花傳給了旁邊的人,你被淘汰的威脅立刻就解除了)。一旦傳遞次數達到給定的數字,拿着花的那個人就被淘汰了。最後只剩下一個人的時候,這個人就是勝者。

下圖是輸出過程:
在這裏插入圖片描述

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