javascript中的队列结构

Posted 2020-08-06 Tyler‘s Blog

1.概念

　　队列和栈结构不同，栈是一种后进先出的结构，而队列是一种先进先出的结构。队列也是一种表结构，不同的是队列只能在队尾插入元素，在队首删除元素，可以将队列想象成一个在超时等待排队付钱的队伍，或者在银行拿的号子，排在前面的人拥有优先服务权。队列是一种FIFO(First In First Out)。队列用在很多地方，比如提交操作系统执行一系列的进程，打印任务池等，一些仿真系统使用队列来模拟银行或者超时里排队的顾客。

　　队列主要有两种操作，祥队列中插入新元素和删除队列中的元素。插入操作也叫入队，删除操作也叫出队。入队操作在队尾插入新元素，出队操作删除队头的元素。队列的应外一项重要操作是读取队头的元素，这个操作叫做peek()，这个操作返回对头元素，并不删除它。除了读取对头元素我们还想知道队列中存储了多少元素，可以使用length属性满足该要求，想要清空队列中的所有元素，可以使用clear()方法来实现。

　　使用数组来实现队列看起来顺理成章，javascript中的数组有其他编程语言中没有的有点，数组使用push()方法可以在数组的末尾加入元素，使用shift()方法可以删除数组的第一个元素。push()方法将它的参数插入数组中第一个开放的位置，该位置总在数组的末尾，即使是一个空数组也是。就是说push()插入的元素总是数组的最有一个元素。看下面的例子：　　

names = [];
name.push("Cynthia");
names.push("Jennifer");

现在数组中的第一个元素是Cynthia，第二个元素是Jennifer。

　　使用shift()方法删除数组的第一个元素。

 

2.实现

　　下面看看队列的实现方法：

/*--------------Queue类的定义和测试代码----------------*/
function Queue(){
        this.dataStore = [];
        this.enqueue = enqueue;
        this.dequeue = dequeue;
        this.front = front;
        this.back = back;
        this.toString = toString;
        this.empty = empty;
}

//入队，就是在数组的末尾添加一个元素
function enqueue(element){
    this.dataStore.push(element);
}
//出队，就是删除数组的第一个元素
function dequeue(){
    return this.dataStore.shift();
}
//取出数组的第一个元素
function front(){
    return this.dataStore[0];
}
//取出数组的最后一个元素
function back(){
    return this.dataStore[this.dataStore.length-1];
}

function toString(){
    var retStr = "";
    for (var i=0; i<this.dataStore.length; ++i) {
        retStr += this.dataStore[i] + "&nbsp;"
    }
    return retStr;
}
//判断数组是否为空
function empty(){
    if(this.dataStore.length == 0){
        return true;
    }else{
        return false;
    }    
}
//返回数组中元素的个数
function count(){
    return this.dataStore.length;
}

var q = new Queue();
q.enqueue("Meredith");
q.enqueue("Cynthia");
q.enqueue("Jennifer");
document.write(q.toString());
document.write(\'<br>\');
document.write("Front of queue is:" + q.front());
document.write(\'<br>\');
document.write("Back of queue is:" + q.back());

最后的输出结果为：

 

3.使用队列实现基数排序

队列不仅用于执行现实生活中关于队列相关的操作，还可以用于对数据进行排序。计算机刚刚出现的时候，程序是通过穿孔输入主机的，每一张卡包含一条程序语句。这些穿孔卡装在一个盒子里面，经过一个机械装置进行排序。我们可以用一组队列来模拟这个过程。这种排序技术叫做基数排序。

对于0~99的数字，基数排序将数据集扫描两次。第一次按照个位上的数字进行排序，第二次按照十位上的数字进行排序。每个数组根据对应位上的数字被分配在不同的盒子里。

举例如下：假如有数字 91，46，85，15，92，35，31，22
经过基数排序第一次扫描之后按照个位数的大小排序，数字被分配大如下的盒子中
第0个盒子：
第1个盒子：91，31
第2个盒子：92，22
第3个盒子：
第4个盒子：
第5个盒子：85，15，35
第6个盒子：46
第7个盒子：
第8个盒子：
第9个盒子：

根据盒子的顺序，对数字经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结果分配到不同的盒子里
第0个盒子：
第1个盒子：15
第2个盒子：22
第3个盒子：31,35
第4个盒子：46
第5个盒子：
第6个盒子：
第7个盒子：
第8个盒子：85
第9个盒子：92,92

最后将盒子里的数字取出，组成一个新的列表，该列表即为排好顺序的数字：
15，22，31，35，46，85，91，92

使用队列代表盒子，可以实现这个算法，我们需要9个队列，每个对应一个数字。将所有队列保存在一个数组中，使用取余和出发操作决定各位和十位。算法的剩余部分将数字加入对应的队列，根据个位数值重新排序，然后再根据十位数值经行排序，结果即为排好顺序的数字。

下面我们来看代码实现：

/*--------------Queue类的定义和测试代码----------------*/
function Queue(){
        this.dataStore = [];
        this.enqueue = enqueue;
        this.dequeue = dequeue;
        this.front = front;
        this.back = back;
        this.toString = toString;
        this.empty = empty;
}

//入队，就是在数组的末尾添加一个元素
function enqueue(element){
    this.dataStore.push(element);
}
//出队，就是删除数组的第一个元素
function dequeue(){
    return this.dataStore.shift();
}
//取出数组的第一个元素
function front(){
    return this.dataStore[0];
}
//取出数组的最后一个元素
function back(){
    return this.dataStore[this.dataStore.length-1];
}

function toString(){
    var retStr = "";
    for (var i=0; i<this.dataStore.length; ++i) {
        retStr += this.dataStore[i] + "&nbsp;"
    }
    return retStr;
}
//判断数组是否为空
function empty(){
    if(this.dataStore.length == 0){
        return true;
    }else{
        return false;
    }    
}
//返回数组中元素的个数
function count(){
    return this.dataStore.length;
}

/*----------------基数排序-----------------*/
document.write(\'<br><br>\');
function distribute(nums,queues,n,digit){
    for (var i=0; i<n; ++i) {
        if(digit == 1){
            //各位数字入队
            queues[nums[i]%10].enqueue(nums[i]);
        }else{
            //十位数字入队
            queues[Math.floor(nums[i] / 10)].enqueue(nums[i]);
        }
    }    
}

//收集队列中的数字放在数字nums中
function collect(queues,nums){
    var i=0;
    for (var digit=0; digit<10; ++digit) {
        while (!queues[digit].empty()){
            nums[i++] = queues[digit].dequeue();
        }
    }
}

function dispArray(arr){
    for (var i=0; i<arr.length; ++i) {
        document.write(arr[i] + "&nbsp;");
    }
}

//初始化9个队列
var queues = [];
for (var i=0; i<10; i++) {
    queues[i] = new Queue();
}
//初始化10个二位整数
var nums = [];
for (var i=0; i<10; ++i) {
    nums[i] = Math.floor(Math.random()*100);
}

document.write(\'排序之前\');document.write(\'<br>\');
dispArray(nums);
document.write(\'<br>\');
//按照个位数字入相应的队列
distribute(nums, queues, 10, 1);
//收集队列中的数字放在数组nums中
collect(queues, nums);
//按照十位数字如相应的队列
distribute(nums, queues, 10, 10);
//手机队列中的数字放在nums中
collect(queues, nums);
document.write("排序之后");document.write(\'<br>\');
dispArray(nums);

 

输出结果如下：