JavaScript 数据结构与算法（四）队列

认识队列

队列（Queue）是一种运算受限的线性表，特点：先进先出。(FIFO：First In First Out)

受限之处：

  • 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。

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)。

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队列图解

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队列在程序中的应用

  • 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。

队列的实现

队列的实现和栈一样，有两种方案：

  • 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

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class Queue {
  constructor() {
    this.items = [];
  }

  // enqueue(item) 入队，将元素加入到队列中
  enqueue(item) {
    this.items.push(item);
  }

  // dequeue() 出队，从队列中删除队头元素，返回删除的那个元素
  dequeue() {
    return this.items.shift();
  }

  // front() 查看队列的队头元素
  front() {
    return this.items[0];
  }

  // isEmpty() 查看队列是否为空
  isEmpty() {
    return this.items.length === 0;
  }

  // size() 查看队列中元素的个数
  size() {
    return this.items.length;
  }

  // toString() 将队列中的元素以字符串形式返回
  toString() {
    let result = "";
    for (let item of this.items) {
      result += item + " ";
    }
    return result;
  }
}

测试代码

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const queue = new Queue();

// enqueue() 测试
queue.enqueue("a");
queue.enqueue("b");
queue.enqueue("c");
queue.enqueue("d");
console.log(queue.items); //--> ["a", "b", "c", "d"]

// dequeue() 测试
queue.dequeue();
queue.dequeue();
console.log(queue.items); //--> ["c", "d"]

// front() 测试
console.log(queue.front()); //--> c

// isEmpty() 测试
console.log(queue.isEmpty()); //--> false

// size() 测试
console.log(queue.size()); //--> 2

// toString() 测试
console.log(queue.toString()); //--> c d

队列的应用

使用队列实现小游戏：击鼓传花。

分析：传入一组数据集合和设定的数字 number，循环遍历数组内元素，遍历到的元素为指定数字 number 时将该元素删除，直至数组剩下一个元素。

代码实现

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// 利用队列结构的特点实现击鼓传花游戏求解方法的封装
function passGame(nameList, number) {
  // 1、new 一个 Queue 对象
  const queue = new Queue();

  // 2、将 nameList 里面的每一个元素入队
  for (const name of nameList) {
    queue.enqueue(name);
  }

  // 3、开始数数
  // 队列中只剩下 1 个元素时就停止数数
  while (queue.size() > 1) {
    // 不是 number 时，重新加入到队尾
    // 是 number 时，将其删除

    for (let i = 0; i < number - 1; i++) {
      // number 数字之前的人重新放入到队尾（即把队头删除的元素，重新加入到队列中）
      queue.enqueue(queue.dequeue());
    }

    // number 对应这个人，直接从队列中删除
    // 由于队列没有像数组一样的下标值不能直接取到某一元素，
    // 所以采用，把 number 前面的 number - 1 个元素先删除后添加到队列末尾，
    // 这样第 number 个元素就排到了队列的最前面，可以直接使用 dequeue 方法进行删除
    queue.dequeue();
  }

  // 4、获取最后剩下的那个人
  const endName = queue.front();

  // 5、返回这个人在原数组中对应的索引
  return nameList.indexOf(endName);
}

测试代码

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// passGame() 测试
const names = ["lily", "lucy", "tom", "tony", "jack"];
const targetIndex = passGame(names, 4);
console.log("击鼓传花", names[targetIndex]); //--> lily