• 212数据结构队列/优先队列


    队列是一种先进先出的数据结。队列只能在队尾插入元素,在队首删除元素,这点和栈不一样。它用于存储顺序排列的数据。队列就像我们日常中的排队一样,排在最前面的第一个办理业务,新来的人只能在后面排队。队列这种数据结构在编程中被用到很多地方。

    定义队列的操作

     上图展示了队列的两个操作,入队和出队。出队操作是删除对头的元素,入队操作是在队尾添加元素。除此之外我们还需要能够获取队首和队尾的元素或者全队列的元素,还需要知道队列的长度,还需要一个方法来清空队列,由此,我们定义队列的方法。

    enqueue()     入队
    dequeue()     出队
    front()          返回队首
    back()          返回队尾
    toString()      返回所有队列中所有元素
    length()        返回队列的长度
    clear()          清空队列

    队列的实现

    javascript中的数组具有其他编程语言的数组没有的缺点,直接只用数组的push()方法就可以在数组末端加入元素,使用shift()方法可以删除数组的第一个元素。使用数组来实现队列顺理成章。

    准备开始实现对列Queue类,先从构造函数开始;

    function Queue() {
        this.dataStore = [];
        this.enqueue = enqueue;
        this.dequeue = dequeue;
        this.front = front;
        this.back = back;
        this.toString = toString;
        this.length = length;
    }

    接下来开始实现对列的各个方法。

    enqueue()方法向队尾添加一个元素,dequeue()方法删除队首的元素:

    function enqueue(element) {
        this.dataStore.push(element);   // 把新来的元素放在队尾
    }
    
    function dequeue() {
        return this.dataStore.shift();    // 删除队首元素,并把这个元素返回
    }

    front()和back()方法分别是返回队列的队首和队尾的元素:

    function front() {
        return this.dataStore[0];  // 返回队首元素
    }
    
    function back() {
        return this.dataStore[this.dataStore.length - 1];  // 返回队尾元素
    }

    toString() 方法显示队列内的所有元素: 

    function toString() {
        var retStr = '';
        this.dataStore.forEach(val => {   // 遍历队列,把队列中的所有元素拼成字符串返回
            retStr += val + '\n';
        });
        return retStr;
    }

    length() 方法返回队列长度,clear()方法清空队列:

    function length() {
        return this.dataStore.length;
    }
    
    function clear() {
        this.dataStore.length = 0;  // 通过把队列的长置0来清空队列
    }

    到此,队列这种数据结构借助javascript已经实现了。接下来测试一下。

    const q = new Queue();
    q.enqueue('java');
    q.enqueue('php');
    q.enqueue('python');
    console.log('队列里的所有元素:');
    console.log(q.toString());
    q.dequeue()
    console.log('出队之后所有元素:');
    console.log(q.toString());
    console.log('队首元素:' + q.front());
    console.log('队尾元素:' + q.back());
    console.log('队列长度:' + q.length());
    q.clear();
    console.log('清空队列后的长度:' + q.length());

    输出结果:


    优先队列

    在一般情况下,从队列中删除的元素,一定是率先入队的元素。但有的特殊情况不用遵守先进先出的约定。比如急诊室里的队列,医生会根据病人病情的严重程度来决定服务的优先级。在这种队列里,从队列中删除的元素就有可能不是最先入队的元素。这种情况,就需要使用一个叫优先队列的数据结构来模拟。

      接下来,我们以急诊室排队为例,实现以下优先队列。

      在急诊室的候诊室里,分诊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。

      先来定义存储队列元素的对象,然后再构建我们的优先队列系统:

     

    function Patient(name, code) {
        this.name = name;
        this.code = code;    // 优先级代码,整数,代表患者优先级
    }

    现在需要重新定义 dequeue() 方法,使其删除队列中拥有最高优先级的元素。我们规定优先码的值最小的元素优先级最高。新的 dequeue() 方法遍历队列的底层存储数组,从中找出优先码最小的元素,然后删除该元素。新的dequeque()方法定义如下所示:

    function dequeue() {
        let priority = this.dataStore[0].code;
        let pos = 0;
        // 使用简单的顺序查找方法寻找优先级最高的元素
        this.dataStore.forEach((p, i) => {
            if (p.code < priority) {
                priority = p.code;
                pos = i;
            }
        });
        // 返回从队列中删除的元素
        return this.dataStore.splice(pos, 1);
    }

    最后,重新实现toString()方法来显示Patient对象。

    function toString() {
        var retStr = "";
        this.dataStore.forEach(p => {
            retStr += `${p.name} 优先级: ${p.code}\n`;
        });
        return retStr;
    }

    到此,模拟的急诊优先队列已经实现完成,我们测试一下。

    var p = new Patient("小一", 5);
    const ed = new Queue();
    ed.enqueue(p);
    p = new Patient("小二", 4);
    ed.enqueue(p);
    p = new Patient("小三", 6);
    ed.enqueue(p);
    p = new Patient("小四", 1);
    ed.enqueue(p);
    p = new Patient("小五", 1);
    console.log('正在排队的人:');
    console.log(ed.toString());
    // 第一轮
    ed.enqueue(p);
    var seen = ed.dequeue();
    console.log('正在被接诊的病人:' + seen[0].name);
    console.log('等待的人:')
    console.log(ed.toString());
    // 下一轮
    var seen = ed.dequeue();
    console.log('正在被接诊的病人:' + seen[0].name);
    console.log('等待的人:')
    console.log(ed.toString());
    // 下一轮
    var seen = ed.dequeue();
    console.log('正在被接诊的病人:' + seen[0].name);
    console.log('等待的人:')
    console.log(ed.toString());

    输出:

     

     可以看到,待诊病人按照优先级,一个一个的从队列中被接诊。

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