用 JS 解锁队列数据结构的多彩世界

前端

2023-10-07 16:03:08

初识队列：队列的由来和基本操作

队列是一种常见的数据结构，它遵循先进先出(FIFO)的原则，即先加入队列的元素将首先被移除。队列在计算机科学和日常生活中有广泛的应用，例如：

任务队列： 操作系统使用队列来管理任务的执行顺序，确保先提交的任务优先执行。
消息队列： 在分布式系统中，消息队列用于在不同的系统组件之间传递消息，确保消息的顺序性。
打印队列： 打印机使用队列来管理打印作业的顺序，先提交的打印作业将首先打印。

队列的基本操作只有两个：入队和出队。入队是指在队尾加入成员，出队是指在队头去除成员。

队列的分类：顺序队列、链式队列、循环队列、双端队列

队列的实现有多种方式，常见的队列类型包括顺序队列、链式队列、循环队列和双端队列。

顺序队列： 顺序队列是一种最简单的队列实现方式，它使用连续的内存空间来存储队列元素。顺序队列的优点是实现简单，访问速度快，但缺点是当队列元素较多时，入队和出队操作可能会导致内存碎片。
链式队列： 链式队列是一种使用链表来实现的队列。链式队列的优点是能够动态地分配内存，不会产生内存碎片，但缺点是访问速度比顺序队列慢。
循环队列： 循环队列是一种特殊的顺序队列，它将队列的队头和队尾连接起来，形成一个环。循环队列的优点是能够有效地利用内存空间，避免内存碎片，但缺点是入队和出队操作的复杂度可能会更高。
双端队列： 双端队列是一种允许从队头和队尾同时进行入队和出队操作的队列。双端队列的优点是能够灵活地访问队列元素，但缺点是实现比其他队列类型更复杂。

用 JavaScript 实现队列数据结构

下面我们使用 JavaScript 来实现顺序队列、链式队列、循环队列和双端队列四种队列类型：

// 顺序队列
class SequenceQueue {
  constructor() {
    this.items = [];
  }

  enqueue(item) {
    this.items.push(item);
  }

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

// 链式队列
class LinkedQueue {
  constructor() {
    this.head = null;
    this.tail = null;
  }

  enqueue(item) {
    const newNode = {
      value: item,
      next: null
    };

    if (this.head === null) {
      this.head = newNode;
      this.tail = newNode;
    } else {
      this.tail.next = newNode;
      this.tail = newNode;
    }
  }

  dequeue() {
    if (this.head === null) {
      return null;
    }

    const item = this.head.value;
    this.head = this.head.next;

    if (this.head === null) {
      this.tail = null;
    }

    return item;
  }
}

// 循环队列
class CircularQueue {
  constructor(size) {
    this.items = new Array(size);
    this.head = 0;
    this.tail = 0;
  }

  enqueue(item) {
    if ((this.tail + 1) % this.items.length === this.head) {
      throw new Error('Queue is full');
    }

    this.items[this.tail] = item;
    this.tail = (this.tail + 1) % this.items.length;
  }

  dequeue() {
    if (this.head === this.tail) {
      return null;
    }

    const item = this.items[this.head];
    this.head = (this.head + 1) % this.items.length;

    return item;
  }
}

// 双端队列
class Deque {
  constructor() {
    this.items = [];
  }

  enqueueFront(item) {
    this.items.unshift(item);
  }

  enqueueBack(item) {
    this.items.push(item);
  }

  dequeueFront() {
    return this.items.shift();
  }

  dequeueBack() {
    return this.items.pop();
  }
}