实战PHP数据结构基础之队列

时间 2019-11-05

标签实战 php 数据结构基础队列栏目 PHP 繁體版

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什么是队列

队列是另一种遵循先进先出原则的线性数据结构。队列有两端可供操做，一端出队，一端入队。这个特色和栈不一样，栈只有一端能够用来操做。入队老是在后端，出队在前端。php

常见操做

enqueue -> 入队
dequeue -> 出队
peek -> 返回队列前端元素
isEmpty -> 是否为空

PHP实现

首先咱们定义一个QueueInterface。前端

interface QueueInterface
{
    public function enqueue(string $item);
    public function dequeue();
    public function isEmpty();
    public function peek();
}

来看基于数组的队列实现git

class ArrQueue implements QueueInterface
{
    private $queue;
    private $limit;

    public function __construct(int $limit = 0)
    {
       $this->limit = $limit;
       $this->queue = [];
    }

    public function isEmpty()
    {
        return empty($this->queue);
    }

    public function dequeue()
    {
        if ($this->isEmpty()) {
            throw new \UnderflowException('queue is empty');
        } else {
            array_shift($this->queue);
        }
    }

    public function enqueue(string $item)
    {
        if (count($this->queue) >= $this->limit) {
            throw new \OverflowException('queue is full');
        } else {
            array_unshift($this->queue, $item);
        }
    }

    public function peek()
    {
        return current($this->queue);
    }
}

得益于PHP强大的array结构，咱们垂手可得的写出来了队列的基本操做方法。果真世界上最好的语言名不虚传。github

可能机智的同窗已经猜到了，我以前已经定义了一个队列接口，那队列的实现确定不止只有上面一种哈。来看基于链表的实现。web

class LinkedListQueue implements QueueInterface
{
    private $limit;
    private $queue;

    public function __construct(int $limit = 0)
    {
        $this->limit = $limit;
        $this->queue = new LinkedList();
    }

    public function isEmpty()
    {
        return $this->queue->getSize() == 0;
    }

    public function peek()
    {
        return $this->queue->getNthNode(0)->data;
    }

    public function enqueue(string $item)
    {
        if ($this->queue->getSize() < $this->limit) {
            $this->queue->insert($item);
        } else {
            throw new \OverflowException('queue is full');
        }
    }

    public function dequeue()
    {
        if ($this->isEmpty()) {
            throw new \UnderflowException('queue is empty');
        } else {
            $lastItem = $this->peek();
            $this->queue->deleteFirst();

            return $lastItem;
        }
    }
}

里面涉及到了以前的链表实现，不了解细节的同窗能够去这里看看。算法

Spl中的队列

强大的PHP已经内置了队列实现，能够使用的方法和上面咱们本身实现的相似。后端

class SqlQueue
{
    private $splQueue;

    public function __construct()
    {
        $this->splQueue = new \SplQueue();
    }

    public function enqueue(string $data = null)
    {
        $this->splQueue->enqueue($data);
    }

    public function dequeue()
    {
        return $this->splQueue->dequeue();
    }
}

优先队列

优先队列是一种特殊的队列，入队或者出队的顺序都是基于每一个节点的权重。数组

顺序序列

优先队列能够分为有序优先队列和无序优先队列。有序优先队列又有两种状况，倒序或者顺序。在顺序序列中，咱们能够迅速的找出最大或者最小优先级别的节点，复杂度是O(1)。可是插入的话会花费掉更多的时间，由于咱们要检查每个节点的优先级别而后插入到合适的位置。数据结构

无序序列

在无序序列中，在插入新节点的时候咱们不须要根据他们的优先级肯定位置。入队的时候像普通队列同样，插入到队列的末尾。可是当咱们想移除优先级最高的元素的时候，咱们要扫描每个节点来肯定移除优先级最高的那一个。接下来咱们仍是基于链表实现一个顺序的优先队列。数据结构和算法

class LinkedListPriorityQueue
{
    private $limit;
    private $queue;


    public function __construct(int $limit = 0)
    {
        $this->limit = $limit;
        $this->queue = new LinkedList();
    }

    public function enqueue(string $data = null, int $priority)
    {
        if ($this->queue->getSize() > $this->limit) {
            throw new \OverflowException('Queue is full');
        } else {
            $this->queue->insert($data, $priority);
        }
    }

    public function dequeue(): string
    {
        if ($this->isEmpty()) {
            throw new \UnderflowException('Queue is empty');
        } else {
            $item = $this->peek();
            $this->queue->deleteFirst();

            return $item->data;
        }
    }

    public function peek()
    {
        return $this->queue->getNthNode(0);
    }

    public function isEmpty()
    {
        return $this->queue->getSize() === 0;
    }
}

环形队列

为充分利用向量空间，克服"假溢出"现象的方法是：将向量空间想象为一个首尾相接的圆环，并称这种向量为循环向量。存储在其中的队列称为循环队列。环形队列也是一种数组，只是它在逻辑上把数组的头和尾相连，造成循环队列，当数组尾满的时候，要判断数组头是否为空，不为空继续存放数据。

class CircularQueue implements QueueInterface
{
    private $queue;
    private $limit;
    private $front = 0;
    private $rear = 0;

    public function __construct(int $limit = 0)
    {
        $this->limit = $limit;
        $this->queue = [];
    }

    public function isEmpty()
    {
        return $this->front === $this->rear;
    }

    public function isFull()
    {
        $diff = $this->rear - $this->front;

        if ($diff == -1 || $diff == ($this->limit - 1)) {
            return true;
        }

        return false;
    }

    public function peek()
    {
        return $this->queue[$this->front];
    }

    public function dequeue()
    {
        if ($this->isEmpty()) {
            throw new \UnderflowException('Queue is empty');
        }

        $item = $this->queue[$this->front];
        $this->queue[$this->front] = null;
        $this->front = ($this->front + 1) % $this->limit;

        return $item;
    }

    public function enqueue(string $item)
    {
        if ($this->isFull()) {
            throw new \OverflowException('Queue is full');
        }

        $this->queue[$this->rear] = $item;
        $this->rear = ($this->rear + 1) % $this->limit;

    }
}

双端队列

截止目前咱们所实现的队列都是在队尾(rear)入队，队首(front) 出队的结构。在特殊的状况下，咱们但愿不管是队首仍是队尾均可以入队或者出队，这种结构就叫作双端队列。基于咱们以前实现的链表结构，咱们能够垂手可得的实现这样的结构。

class LinkedListDeQueue
{
    private $limit = 0;
    private $queue;

    public function __construct(int $limit = 0)
    {
        $this->limit = $limit;
        $this->queue = new \DataStructure\LinkedList\LinkedList();
    }

    public function dequeueFromFront(): string 
    {
        if ($this->isEmpty()) {
            throw new \UnderflowException('Queue is empty');
        }

        $item = $this->queue->getNthNode(0);
        $this->queue->deleteFirst();

        return $item->data;
    }

    public function dequeueFromBack(): string 
    {
        if ($this->isEmpty()) {
            throw new \UnderflowException('Queue is empty');
        }

        $item = $this->queue->getNthNode($this->queue->getSize() - 1);
        $this->queue->deleteLast();

        return $item->data;
    }

    public function isFull()
    {
        return $this->queue->getSize() >= $this->limit;
    }

    public function enqueueAtBack(string $data = null)
    {
        if ($this->isFull()) {
            throw new \OverflowException('queue is full');
        }

        $this->queue->insert($data);
    }

    public function enqueueAtFront(string $data = null)
    {
        if ($this->isFull()) {
            throw new \OverflowException('queue is full');
        }

        $this->queue->insertAtFirst($data);
    }

    public function isEmpty()
    {
        return $this->queue->getSize() === 0;
    }

    public function peekFront()
    {
        return $this->queue->getNthNode(0)->data;
    }

    public function peekBack()
    {
        return $this->queue->getNthNode($this->queue->getSize() - 1)->data;
    }
}

里面涉及到了以前的链表实现，不了解细节的同窗能够去这里看看。

总结

栈和队列是咱们最经常使用的数据结构，咱们会在其余的复杂数据结构中看到这两种抽象数据类型的应用。在下一章，咱们继续学习PHP数据结构之递归，这是一种将复杂问题简单化的经常使用思路。

专题系列

PHP基础数据结构专题系列目录地址：地址主要使用PHP语法总结基础的数据结构和算法。还有咱们平常PHP开发中容易忽略的基础知识和现代PHP开发中关于规范、部署、优化的一些实战性建议，同时还有对Javascript语言特色的深刻研究。