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1. 队列数据结构
- 队列是一种“先入先出”(FIFO)数据结构的类型。第一个入队项目(输入)是第一个出队(输出)。
- 队列有2个指针:头和尾。队列中的最早排队的项目是在头部,而最新排队的项目在队列尾部。
- 队列就像我们在地铁排队,靠近车门处的乘客位于队伍的头部,刚进入队伍的乘客位于队伍的尾部。
从更高的角度来看,队列是一种数据结构,可以让我们按照入库的顺序依次处理数据的每一项。
2. 队列上的操作
队列支持2个主要操作:入队和出队。此外,您可能会发现执行队列的 peek 和 length 操作很有用。
- 入队操作
入队操作是在队列尾部插入一个项目,插入的项目成为队列的尾部。
上图中的入队操作将项目 8 插入到尾部,8成为队列的尾部。
queue.enqueue(8);
在上图中,出队操作返回并 7 从队列中删除该项目,出队后,项目2成为新的头部项目。
queue.dequeue(); // => 7
- 检视操作
检视操作读取队列的开头,而不会更改队列。
项目7是上图中的队列的开头,检视操作仅返回标头(项目)7,而无需修改队列。
queue.peek(); // => 7
- 队列长度
长度操作计算队列包含多少个项目。
图中的队列中有4项:4,6,2,和7,结果,队列长度为4。
queue.length; // => 4
- 队列操作时间复杂度
对于所有队列操作(入队,出队,检视和长度)重要的是,所有这些操作必须在固定时间内执行O(1)。
恒定的时间O(1)意味着无论队列大小如何(它可以有10或100万个项目):入队,出队,窥视和长度操作都必须同时执行。
3. 在JavaScript中实现队列
让我们看一下队列数据结构的可能实现,同时保持所有操作必须在恒定时间内执行的要求O(1)。
class Queue { constructor() { this.items = {}; this.headindex = 0; this.tailIndex = 0; } enqueue(item) { this.items[this.tailIndex] = item; this.tailIndex++; } dequeue() { const item = this.items[this.headindex]; delete this.items[this.headindex]; this.headindex++; return item; } peek() { return this.items[this.headindex]; } get length() { return this.tailIndex - this.headindex; } } const queue = new Queue(); queue.enqueue(7); queue.enqueue(2); queue.enqueue(6); queue.enqueue(4); queue.dequeue(); // => 7 queue.peek(); // => 2 queue.length; // => 3
const queue = new Queue()是如何创建队列的实例。
调用queue.enqueue(7)方法使该项目7进入队列。
queue.dequeue()从队列中取出一个头项,而queue.peek()只是从头检视。
最后,queue.length显示队列中还有多少项目。
关于实现:在Queue类内部,普通对象this.items通过数字索引保留队列中的项目。头项的索引由跟踪this.headindex,尾项由跟踪this.tailIndex。
- 队列方法的复杂性
类 Queue 的方法 queue(),dequeue(),peek()和length() 仅使用了:
属性访问(例如this.items[this.headindex]), 或执行算术操作(例如this.headindex++)
因此,这些方法的时间复杂度是恒定时间O(1)。
4. 总结
队列数据结构是“先入先出”(FIFO)的一种:最早入队的项是最早出队的项。
队列有2个主要操作:入队和出队。另外,队列可以具有辅助操作,例如检视和长度。
所有队列操作必须在恒定时间内执行O(1)。
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