第五章：javascript：队列
队列是一种列表，不同的是队列只能在末尾插入元素，在队首删除元素。队列用于存储按顺序排列的数据。先进先出。这点和栈不一样，在栈中，最后入栈的元素反被优先处理。可以将队列想象成银行排队办理业务的人，排队在第一个的人先办理业务，其它人只能排着，直到轮到他们为止。
队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构。队列被用在很多地方。比如提交操作系统执行一系列进程。打印任务池等。一些仿真系统用来模拟银行或杂货店里排队的顾客。
一，队列的操作。
队列的两种主要操作是：向队列中插入新元素和删除队列中的元素。插入操作也叫做入队。删除元素也叫做出队。入队是在末尾插入新元素，出队是删除队头的元素。
队列的另外一项操作是读取队头的元素，这个操作叫peek()。该操作返回队头的元素，但不把它从队列中删除。除了读取队头的元素，我们想知道队列中有多少元素，可以使用length属性满足要求；要想清空队列中所有元素。可以使用clear()方法来实现。
二，一个数组实现的队列。
使用数组来实现队列看起来顺理成章。javascript中的数组具有其它编程语言中没有的优点，数组的push()可以在数组末尾加入元素，数组的shift()方法则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，即使是个空数组也是如此。
names = [];
names.push("Cny");
names.push("Jen");
console.log(names);//["Cny", "Jen"]
然后使用shift()方法删除数组的第一个元素：
names.shift();
console.log(names);//["Jen"]
准备开始实现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.empty = empty;
}
enqueue()方法向队末尾添加一个元素：
function enqueue(element) {
this.dataStore.push(element)
}
dequeue方法删除队首的元素
function dequeue() {
return this.dataStore.shift();
}
可以使用以下方法读取队首和队末的元素
function front() {
return this.dataStore[0];
}
function back() {
return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]
}
还需要toString()方法显示队列内的所有元素
function toString() {
var retStr = "";
for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i ) {
retStr += this.dataStore[i] + "\n";
}
return retStr
}
最后，需要一个方法判断队列是否为空
function empty() {
if (this.dataStore.length == 0) {
return true;
} else {
return false;
}
}
Queue类的定义和测试
function Queue() {
this.dataStore = [];
this.enqueue = enqueue;
this.dequeue = dequeue;
this.front = front;
this.back = back;
this.toString = toString;
this.empty = empty;
}
//向队末尾添加一个元素
function enqueue(element) {
this.dataStore.push(element)
}
//删除队首的元素
function dequeue() {
return this.dataStore.shift();
}
function front() { //读取队首和队末的元素
return this.dataStore[0];
}
function back() { ////读取队首和队末的元素
return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]
}
//显示队列内的所有元素
function toString() {
var retStr = "";
for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i ) {
retStr += this.dataStore[i] + "\n";
}
return retStr
}
//队列是否为空
function empty() {
if (this.dataStore.length == 0) {
return true;
} else {
return false;
}
}
//测试程序
var q = new Queue();
q.enqueue("Me");
q.enqueue("Her");
q.enqueue("His");
console.log(q.toString());
q.dequeue();
console.log(q.toString());
console.log("第一个元素是： " + q.front());
console.log("最后一个元素是： " + q.back())
三，使用队列，方块舞和舞伴的分配问题
前面我们提到过，经常用队列模拟排队的人。下面，我们使用队列来模拟跳方块舞的人。当男男女女来到舞池，他们按照自己的性别排成两队。当舞池中有地方空出来的时候，两个队列中的第一个人组成舞伴。他们身后的人各自向前一位，组成新的队首。当一对新的舞伴进入舞池时，主持人会大喊出他们的名字。当一对舞伴走出舞池，且两队队伍任意一队没有人时，主持人会把这个情况告诉大家。
为了模拟这个情况，我们将男男女女姓名存储在一个文本文件。
女 小李
男 福来
男 强子
男 李勇
女 小梅
男 来福
女 艾丽
男 张帆
男 文强
男 丁力
女 娜娜
每个舞者的信息都被保存在一个Dancer对象中：
function Dancer(name, sex) {
this.name = name;
this.sex = sex;
}
我们需要一个函数，将舞者的信息读到程序中来。
function getDancers(males, females) {
//var names = _names.split("\n");
var names = _names.split("**");
for (var i = 0; i < names.length; ++i) {
names[i] = names[i].trim();
}
for (var i = 0; i < names.length; ++i) {
var dancer = names[i].split(" ");
var sex = dancer[0];
var name = dancer[1];
if (sex == "女") {
females.enqueue(new Dancer(name, sex));
} else {
males.enqueue(new Dancer(name, sex))
}
}
}
此函数将舞者按照性别分在不同的队列中。
下一个函数将男性和女性组成舞伴，并宣布配对结果:
function dance(males, females) {
console.log("这组舞伴是:")
while (!females.empty() && !males.empty()) {
person = females.dequeue();
console.log("女舞者是" + person.name);
person = males.dequeue();
console.log("男舞者是" + person.name);
}
}
我们可能对该程序做修改，想显示排队时男性女性的数量，队列中目前没有显示元素个数的方法。现在加入
function count(){
return this.dataStore.length;
}
综合测试：
function Queue() {
this.dataStore = [];
this.enqueue = enqueue;
this.dequeue = dequeue;
this.front = front;
this.back = back;
this.toString = toString;
this.empty = empty;
this.count = count;
}
//向队末尾添加一个元素
function enqueue(element) {
this.dataStore.push(element)
}
//删除队首的元素
function dequeue() {
return this.dataStore.shift();
}
function front() { //读取队首和队末的元素
return this.dataStore[0];
}
function back() { ////读取队首和队末的元素
return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]
}
//显示队列内的所有元素
function toString() {
var retStr = "";
for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i ) {
retStr += this.dataStore[i] + "\n";
}
return retStr
}
//队列是否为空
function empty() {
if (this.dataStore.length == 0) {
return true;
} else {
return false;
}
}
//队列个数
function count(){
return this.dataStore.length;
}
function Dancer(name, sex) {
this.name = name;
this.sex = sex;
}
function getDancers(males, females) {
//var names = _names.split("\n");
var names = _names.split("**");
for (var i = 0; i < names.length; ++i) {
names[i] = names[i].trim();
}
for (var i = 0; i < names.length; ++i) {
var dancer = names[i].split(" ");
var sex = dancer[0];
var name = dancer[1];
if (sex == "女") {
females.enqueue(new Dancer(name, sex));
} else {
males.enqueue(new Dancer(name, sex))
}
}
}
function dance(males, females) {
console.log("这组舞伴是:")
while (!females.empty() && !males.empty()) {
person = females.dequeue();
console.log("女舞者是" + person.name);
person = males.dequeue();
console.log("男舞者是" + person.name);
}
}
//测试程序
var _names = "女 小李**男 福来**男 强子**男 李勇**女 小梅**男 来福**女 艾丽**男 张帆**男 文强**男 丁力**女 娜娜";
var names = _names.split("**");
//测试程序
var maleDancer = new Queue();
var femaleDancer = new Queue();
getDancers(maleDancer, femaleDancer);
dance(maleDancer, femaleDancer)
if (!femaleDancer.empty()) {
console.log(femaleDancer.front().name + "正在等待跳舞")
}
if (!maleDancer.empty()) {
console.log(maleDancer.front().name + "正在等待跳舞")
}
//显示等待跳舞的人个数
var nanDancers = new Queue();
var nvDancers = new Queue();
getDancers(nanDancers, nvDancers)
dance(nanDancers,nvDancers);
if (nanDancers.count() > 0) {
console.log("有" + nanDancers.count() + "男舞者等待")
}
if (nvDancers.count() > 0) {
console.log("有" + mvDancers.count() + "女舞者等待")
}
四：使用队列对数据进行排序
队列不仅用于执行显示生活中与排队有关的操作，还可以用于对数据进行排序。计算机刚出现时，程序是通过穿孔卡输入主机的，每张卡包含一条程序语句。这些穿孔卡装在一个盒子里，经过一个继续装置进行排序。我们可以使用一组队列来模拟这一过程。这种技术叫基数排序。它不是最快的排序算法，但是它展示了一些有趣的队列使用方法。
对于0-99的数字，基数排序将数据扫描两次。第一次按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。每个数字根据对于位上的数值被分在不同的盒子里。假设有如下数字：
91,46,85,15,92,35,31,22
经过基数排序第一次扫描后，数字被分配到以下盒子里
Bin 0 :
Bin 1 : 91, 31
Bin 2 : 82, 22
Bin 3 :
Bin 4 :
Bin 5 : 85, 35
Bin 6 : 46
Bin 7 :
Bin 8 :
Bin 9 :
根据盒子的顺序，对数字第一次排序的结果如下
91,31,92,22,85,15,25,46
根据十位上的数字，再次排序。
Bin 0 :
Bin 1 : 15
Bin 2 : 22
Bin 3 : 31, 35
Bin 4 : 46
Bin 5 :
Bin 6 :
Bin 7 :
Bin 8 : 85
Bin 9 : 91, 92
最后，将盒子中的数字去除，组成一个新的列表，该列表即为排好序的数字：
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，每一个对应一个数字。所有队列保存在一个数组中，使用取余和除法操作决定个位和十位。算法的剩余部分将数字加入相应队列，根据个位数值对其从新排序，然后根据十位上的数值进行排序。结果即为排列好的数字
下面是根据 相应位(个位或十位)上的数值，将数字分配到相应队列的函数：
function distribute(nums, queues, n, digit) { //digit表示个位和十位上的值
for (var i = 0 ; i < n ; ++i) {
if (digit == 1) {
queues[nums[i]%10].enqueue(nums[i]);
} else {
queues[Math.floor(nums[i]/10).enqueue(nums[i])]
}
}
}
下面是从队列中收集数字的函数
function collect(queues, nums){
var i = 0;
for (var digit = 0; digit < 10; ++digit) {
while(!queues[digit].empty()){
nums[i++] = queues[digit].dequeue()
}
}
}
附上测试代码
function Queue() {
this.dataStore = [];
this.enqueue = enqueue;
this.dequeue = dequeue;
this.front = front;
this.back = back;
this.toString = toString;
this.empty = empty;
this.count = count;
}
//向队末尾添加一个元素
function enqueue(element) {
this.dataStore.push(element)
}
//删除队首的元素
function dequeue() {
return this.dataStore.shift();
}
function front() { //读取队首和队末的元素
return this.dataStore[0];
}
function back() { ////读取队首和队末的元素
return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]
}
//显示队列内的所有元素
function toString() {
var retStr = "";
for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i ) {
retStr += this.dataStore[i] + "\n";
}
return retStr
}
//队列是否为空
function empty() {
if (this.dataStore.length == 0) {
return true;
} else {
return false;
}
}
//队列个数
function count(){
return this.dataStore.length;
}
//基础排序程序
function distribute(nums, queues, n, digit) { //digit表示个位和十位上的值
for (var i = 0 ; i < n ; ++i) {
if (digit == 1) {
queues[nums[i]%10].enqueue(nums[i]);
} else {
queues[Math.floor(nums[i] / 10)].enqueue(nums[i])
}
}
}
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) {
console.log(arr[i] + " ")
}
}
//主程序
var queues = []
for (var i = 0; i < 10; ++i) {
queues[i] = new Queue();
}
var nums = []
for (var i = 0; i < 10; ++i){
nums[i] = Math.floor(Math.floor(Math.random() * 101))
}
console.log("之前的基数：")
dispArray(nums);
distribute(nums, queues, 10, 1);
collect(queues, nums);
distribute(nums,queues, 10 ,10);
collect(queues, nums);
console.log("之后的基数：")
dispArray(nums)
五：优先队列方法
在一般的情况下，从队列中删除的元素，一定是率先入队的元素。但是也有一些使用队列的应用 ，在删除元素时不必遵守先进先出的约定。这周应用，需要使用一个叫优先队列的数据结构来进行模拟。
从优先队列中删除元素时，需要考虑优先权的限制。比如医院急诊科的候诊室，就是一个采用优先队列的例子。当病人进入候诊室，分诊会评估病情的严重程度，然后给一个优先级代码。高优先级的患者优先于低优先级者就医，同样优先级的患者按照优先来服务的顺序就医。
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;
}
变量code是一个整数，表示优先级
现在需要从新定义dequeue()方法。使其删除队列中优先级最高级的元素。我们规定：优先码的值最小的元素优先级最高。新的dequeue()方法遍历队列底层存储数组，从中找出优先码最低的元素，然后使用数据的splice()方法删除优先级最高的元素。新的dequeue()方法定义如下所示：
function dequeue() {
var priority = this.dataStore[0].code;
for (var i = 1; i < this.dataStore.length; ++i) {
if (this.dataStore.[i].code < priority) {
priority = i
}
}
return this.dataStore.splice(priority,1)
}
dequeue()方法使用简单的顺序查找方法寻找优先级最高的元素(优先码最小优先级越高，比如1比5的优先级高)该方法返回包含一个元素的数组---从队列中删除的元素。
最后，定义toString()来显示patient对象
function toString() {
var retStr = "";
for (var i=0; i < this.dataStore.length; ++i) {
retStr += this.dataStore[i].name + " code:" + this.dataStore[i].code + "\n"
}
return retStr
}
（本文完结）
上一章：第四章：javascript： 栈 下一章：第六章： 字典
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