JS 隊列-優先隊列、循環隊列

《學習JavaScript數據結構與算法》讀書筆記。

隊列是遵行FIFO(First In First Out, 先進先出)原則的一組有序的項。隊列再尾部添加新元素，並從頂部移除元素。

在現實中，最多見的隊列的例子就是排隊。

1.建立隊列

如今，咱們來建立一個類來表示一個隊列。先從最基本的聲明類開始：

function Queue(){
    // 這裏是屬性和方法
}

首先，須要一個用戶存儲隊列中元素的數據結構，咱們可使用數組。

var items = [];

接下來，聲明一些隊列可用的方法：

• enqueue(element(s))：進隊，向隊列尾部添加一個（或多個）新項。

• dequeue()：移除隊列的第一項，並返回被移除的元素。

• front()：返回隊列中第一個元素-最早被添加，也會是最早被移除的元素。（只返回，不移除）。

• isEmpty()：若是隊列爲空，返回true，不然，返回false。

• size()：返回隊列的長度。

首先，咱們來實現enqueue的方法，這個方法負責向隊列中添加新元素。只能是添加到隊列的尾部。

this.enqueue = function(element) {
        items.push(element);
    }

接下來要實現的是dequeue方法，這個方法負責從隊列移除項。因爲隊列遵循的是先進先出原則，因此最早移除的就是最早添加的，元素是排在數組的第一位。

this.dequeue = function() {
        return items.shift();
    }

只有enqueue方法和dequeue方法能夠添加和移除元素，這樣就確保了Queue類遵循先進先出原則。
如今來爲咱們的類實現一些額外的輔助方法：

// front()：返回隊列中第一個元素
    this.front = function() {
        return items[0];
    }
    
    // isEmpty()：若是隊列爲空，返回true，不然，返回false
    this.isEmpty = function() {
        return items.length === 0;
    }
    
    // size()：返回隊列的長度
    this.size = function() {
        return items.length;
    }

完成，咱們的Queue類實現好了，如今來看看Queue完整的實現是怎麼樣的：

function Queue() {
    var items = [];
    
    this.enqueue = function(element) {
        items.push(element);
    }
    
    this.dequeue = function() {
        return items.shift();
    }
    
    this.front = function() {
        return items[0];
    }
    
    this.isEmpty = function() {
        return items.length === 0;
    }
    
    this.clear = function() {
        items = [];
    }
    
    this.size = function() {
        return items.length;
    }
    
    this.print = function() {
        console.log(items.toString());
    }
}

2.使用Queue類

var queue = new Queue();
console.log(queue.isEmpty()); // 輸出 true
queue.enqueue('John');        // 添加元素 John
queue.enqueue('Jam');         // 添加元素 Jam
queue.enqueue('Camila');      // 添加元素 Camila
queue.print();
console.log(queue.size);      // 輸出 3
console.log(queue.isEmpty);   // 輸出 false
queue.dequeue();              // 移除元素
queue.dequeue();            
queue.print();

運行上面的代碼，咱們能夠看出，咱們已經實現了隊列，遵循了先入先出原則。

3.優先隊列

上面咱們已經實現了一個隊列，如今，逐步深刻，咱們來看看什麼是優先隊列。

優先隊列是默認隊列的變種，它的元素的添加和移除是基於優先級的。一個現實的例子就是醫院的（急診科）候診室。醫生會優先處理病情比較嚴重的患者。

實現一個優先隊列，有兩種選擇：設置優先級，而後在正確的位置添加元素；或者用默認入列操做添加元素，任何按照優先級移除它們。下面，咱們將會在正確的位置添加元素，任何用默認你的出列操做。

function PriorityQueue() {
        var items = [];
        
        // {1}
        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);  // {2}
            } else {
                var added = false;
                for(var i = 0; i < items.length; i++) {
                    if(queueElement.priority < items.[i].priority) {
                        items.splice(i, 0, queueElement);    // {3}
                        added = true;
                        break;
                    }
                }
                if(!added) {    // {4}
                    items.push(queueElement);
                }
            }
        }
        
        // 其餘方法與默認隊列同樣
    }

咱們建立了一個特殊的元素(行{1})，這個元素包含了要添加到隊列的元素及其優先級。

若是隊列爲空，則直接將元素入列(行{2})。不然，就要進行比較。當找到一個比要添加的元素的priority值更大(優先級更低)時，就將元素插入到它以前(行{3})。

若是要添加的元素的priority指大於任何已有的元素，則直接將其添加到隊列的末尾(行{4})。

var priorityQueue = new PriorityQueue();
priorityQueue.enqueue('John', 2);
priorityQueue.enqueue('Jam', 1);
priorityQueue.enqueue('Sam', 1);
priorityQueue.print();

至此，咱們已經實現了優先隊列，下面，將再介紹一種隊列——循環隊列

4.循環隊列——擊鼓傳花

循環隊列是默認隊列的另外一種修改版，什麼是循環隊列呢？舉個現實中的例子，記得小時候玩過的傳花遊戲嗎？
幾個孩子圍成一圈，開始擊鼓了，孩子就把花盡快地傳遞給旁邊的人，某一時刻鼓聲中止了，傳花也就中止了，這個時候花落在誰手上，誰就被淘汰。鼓聲響起，繼續傳花，如此循環，直至只剩下一個孩子，即勝者。

function hotPotato(namelist, num) {
    var queue = new Queue();
    for (var i = 0; i < namelist.length; i++) {     // {1}
        queue.enqueue(namelist[i]);
    }
    var eliminated = "";
    while (queue.size() > 1) {                 // {2}
        for (var i = 0; i < num; i++) {
            queue.enqueue(queue.dequeue());    // {3}
        }
        eliminated = queue.dequeue();    // {4}
        console.log(eliminated + "在擊鼓傳花遊戲中被淘汰");
    }
    return queue.dequeue();    // {5}
}
var names = ['john', 'jack', 'camila', 'ingrid', 'carl'];
var winner = hotPotato(names, 7);
console.log("勝利者： " + winner);      //john

首先，先把名單添加到隊列裏面(行{1})。

當隊列的的長度大於1的時候(行{2})，根據指定的一個數字(num)迭代隊列，將隊列的頭一個移除並將其添加到隊尾(行{3})。

一旦傳遞次數達到給定的數字，則刪除此時的隊列第一項(行{4})，即拿着花的那我的，他將被淘汰。

如此循環，直至隊列的長度等於1，返回勝者(行{5})。

5.小結

經過這篇文章的介紹，咱們學會了如何用數組構造出隊列的類。同時，還掌握了很著名的優先隊列、循環隊列這兩種結構。

附：
JavaScript數據結構和算法系列：
JS 棧

JavaScript設計模式系列：
JavaScript設計模式之策略模式
JavaScript設計模式之發佈-訂閱模式（觀察者模式）-Part1