JavaScript数据结构——队列的实现与应用

　　队列与栈不一样，它听从先进先出（FIFO——First In First Out）原则，新添加的元素排在队列的尾部，元素只能从队列头部移除。

　　咱们在前一篇文章中描述了如何用JavaScript来实现栈这种数据结构，这里咱们对应地来实现队列。

function Queue() {
    let items = [];

    // 向队列添加元素（一个或多个）
    this.enqueue = function (element) {
        if (element instanceof Array) items = items.concat(element);
        else items.push(element);
    };

    // 从队列移除元素
    this.dequeue = function () {
        return items.shift();
    };

    // 返回队列中的第一个元素
    this.front = function () {
        return items[0];
    };

    // 判断队列是否为空
    this.isEmpty = function () {
        return items.length === 0;
    };

    // 返回队列的长度
    this.size = function () {
        return items.length;
    };

    // 清空队列
    this.clear = function () {
        items = [];
    };

    // 打印队列内的全部元素
    this.print = function () {
        console.log(items.toString());
    };
}

　　与栈的实现方式相似，惟一不一样的是从队列移除元素时取的是队列头部的元素（最早添加的），而栈则是取的顶部元素（最后添加的）。下面是一些测试用例及返回结果：

let queue = new Queue();
console.log(queue.isEmpty()); // true

queue.enqueue('John');
queue.enqueue(['Jack', 'Camila']);
queue.print(); // John,Jack,Camila
console.log(queue.size()); // 3
console.log(queue.isEmpty()); // false
console.log(queue.front()); // John

console.log(queue.dequeue()); // John
queue.print(); // Jack,Camila

queue.clear();
queue.print(); // 

　　注意，咱们容许批量向队列中添加元素，为此咱们须要判断enqueue方法的参数类型，若是参数是数组，则用concat()函数链接两个数组，若是参数不是数组，则直接用push()函数将元素添加到队列中。

　　与栈的实现方式同样，这里咱们也一样给出用ES6的WeakMap类来实现的队列版本。

let Queue = (function () {
    const items = new WeakMap();

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

        enqueue (element) {
            let q = items.get(this);
            if (element instanceof Array) items.set(this, q.concat(element));
            else q.push(element);
        };

        dequeue () {
            let q = items.get(this);
            return q.shift();
        };

        front () {
            return items.get(this)[0];
        };

        isEmpty () {
            return items.get(this).length === 0;
        };

        size () {
            return items.get(this).length;
        };

        clear () {
            items.set(this, []);
        };

        print () {
            console.log(items.get(this).toString());
        };
    }

    return Queue;
})();

　　这两个版本的执行结果是同样的，它们的区别咱们在前一篇文章中已经说起过了，这里再也不赘述。

优先队列

　　所谓优先队列，顾名思义，就是说插入到队列中的元素能够根据优先级设置前后顺序。优先级越高位置越靠前，优先级越低位置越靠后。假设优先级用数字来表示，若是数字越小表示的优先级越高，造成的队列就称之为最小优先队列，反之则称之为最大优先队列。下面是实现的代码：

function PriorityQueue() {
    let items = [];

    // 向队列添加元素（一个或多个）
    // 参数obj的数据格式：{element, priority}
    this.enqueue = function (obj) {
        if (obj instanceof Array) {
            for (let i = 0, ci; ci = obj[i]; i++) {
                this.enqueue(ci);
            }
        }
        else {
            let added = false;
            for (let i = 0, ci; ci = items[i]; i++) {
                // 最小优先级，即将priority值小的元素插入到队列的前面
                if (obj.priority < ci.priority) {
                    items.splice(i, 0, obj);
                    added = true;
                    break;
                }
            }

            // 若是元素没有插入到队列中，则默认加到队列的尾部
            if (!added) items.push(obj);
        }
    };

    // 从队列移除元素
    this.dequeue = function () {
        return items.shift();
    };

    // 返回队列中的第一个元素
    this.front = function () {
        return items[0];
    };

    // 判断队列是否为空
    this.isEmpty = function () {
        return items.length === 0;
    };

    // 返回队列的长度
    this.size = function () {
        return items.length;
    };

    // 清空队列
    this.clear = function () {
        items = [];
    };

    // 打印队列内的全部元素
    this.print = function () {
        items.forEach(function (item) {
            console.log(`${item.element} - ${item.priority}`);
        });
    };
}

　　能够看到，惟一有区别的只有enqueue方法。咱们规定全部添加到优先队列的元素都必须知足{element, priority}这种JSON格式，以保证队列中的每个元素都有一个priority属性来表示优先级。若是要添加的元素的优先级和队列中已有元素的优先级相同，仍然遵循队列的先进先出原则。若是队列中全部元素的优先级比要添加的元素的优先级都高，则将元素添加到队列的末尾。咱们将print()方法也作了一些调整，以方便查看输出结果。

let queue = new PriorityQueue();
console.log(queue.isEmpty()); // true

queue.enqueue({element: 'John', priority: 2});
queue.enqueue([{element: 'Jack', priority: 1}, {element: 'Camila', priority: 1}]);
queue.print(); // Jack,Camila,John

　　因为John的优先级比其它两个低，因此它被排在了最后面。虽然Jack和Camila的优先级相同，可是Jack是在Camila以前先插入到队列中的，因此Jack排在了Camila以前，这也符合了咱们的预期。

循环队列

 　　咱们用一个小游戏“击鼓传花”来讲明循环队列在实际中的应用。

function hotPotato(nameList, num) {
    let queue = new Queue();

    for (let i = 0, ci; ci = nameList[i]; i++) {
        queue.enqueue(ci);
    }

    let eliminated = '';
    while(queue.size() > 1) {
        for (let i = 0; i < num; i ++) {
            queue.enqueue(queue.dequeue());
        }
        eliminated = queue.dequeue();
        console.log(`${eliminated} has been eliminated.`);
    }

    return queue.dequeue();
}

let names = ['John', 'Jack', 'Camila', 'Ingrid', "Carl"];
let winner = hotPotato(names, 7);
console.log(`The winner is: ${winner}`);

　　在这个游戏中，咱们传入由五个名字组成的数组，用来表示参加游戏的五我的，数字7表示每一轮要传递的次数。在每个过程当中，咱们从队列头部取出一个元素加到队列的尾部，当次数用完的时候，将队列头部的元素取出来，做为这一轮中被淘汰的人。让咱们来看一下具体的执行过程，一开始队列中的顺序是John, Jack, Camila, Ingrid, Carl，而后传递7次：

　　1. Jack, Camila, Ingrid, Carl, John

　　2. Camila, Ingrid, Carl, John, Jack

　　3. Ingrid, Carl, John, Jack, Camila

　　4. Carl, John, Jack, Camila, Ingrid

　　5. John, Jack, Camila, Ingrid, Carl

　　6. Jack, Camila, Ingrid, Carl, John

　　7. Camila, Ingrid, Carl, John, Jack

　　以后从队列中取出的是Camila。反复执行上述过程，直到队列中的元素只剩一个，这个就是最后的赢家！

　　下面是完整的执行结果：

Camila has been eliminated.
Jack has been eliminated.
Carl has been eliminated.
Ingrid has been eliminated.
The winner is: John

 　　下一章咱们继续来看看如何用JavaScript来实现链表。