【数据结构】【学习笔记】队列

队列

队列：先进先出

定义和内置方法

实现思路

方法一：链表实现 (Linked List)

使用链表结构。
双指针记录头和尾： head 和 tail 。
入队：尾部插入节点 \(O(1)\)；
出队：头部删除节点 \(O(1)\)。

方法二：数组 + 双指针实现 (Array with Pointers)

使用数组结构，
同样双指针记录头和尾： head 和 tail 。
为了防止数组空间无限膨胀，衍生出循环队列。

具体实现

C#

Queue<T>

// 1. 初始化（需要指定装什么类型）
Queue<int> q = new Queue<int>();

// 2. 入队（塞入尾部）
q.Enqueue(10);
q.Enqueue(20);

// 3. 出队（弹出队头并返回）
int head = q.Dequeue(); // 拿到 10

// 4. 查看队头（不弹出）
int next = q.Peek(); // 拿到 20

// 5. 拿长度
int size = q.Count;

TypeScript

1. 极简使用数组（有坑）

const q: number[] = [];

// 2. 入队：利用 push 塞入尾部
q.push(10);
q.push(20);

// 3. 出队：利用 shift 弹出头部
const head = q.shift(); // 拿到 10

// 4.查看队头
const next = q[0];

// 5. 拿长度
const size = q.length;

但是.shift()的时间复杂度是 \(O(n)\)，每次弹出头部都是很昂贵的。

2. 使用拓展库

使用第三方的标准队列库（来自 @datastructures-js/queue）。

const q = new Queue<number>(); 

q.enqueue(10);          // 入队
const head = q.dequeue(); // 出队 (真正 O(1) 性能，不超时)
const next = q.front();   // 看一眼队头
const size = q.size();    // 拿长度
const isEmpty = q.isEmpty(); // 是否为空

重要变体

1. 双端队列 (Deque - Double Ended Queue)

双端队列是一种将栈的原则和队列的原则混合在一起的数据结构。

特点：头部和尾部都可以进行 \(O(1)\) 的入队和出队。

语言支持：C# 的 LinkedList<T> 或 TypeScript 的第三方 Deque 库。

应用：检查一个词组是否构成回文等。

2. 优先队列 (Priority Queue / Heap)

特点：出队顺序由元素优先级决定，而非“先来后到”（通常用堆 Heap 实现，\(O(\log n)\) 插入与弹出）。

应用：Top K 问题、Dijkstra 最短路径算法。

语言支持：.NET 6+ (C# 10+) 已内置 PriorityQueue<TElement, TPriority>。

3. 单调队列 (Monotonic Queue)

特点：队列内元素始终保持单调递增或递减。

应用：解决“滑动窗口最大值/最小值”问题。

4. 循环队列 (Circular Queue)

特点：基于固定大小数组实现，通过 head、tail 指针与模运算 (index + 1) % capacity 复用已释放空间。

应用：

• 在底层开发中被称为 Ring Buffer（环形缓冲区），常用于高并发日志系统（如 LMAX Disruptor）、音频流缓冲区、操作系统进程通信等。
• 游戏开发中如公屏聊天信息的缓冲。

引用

[1] 洛伊安妮·格罗纳.学习JavaScript数据结构与算法（第3版）[M].微信读书版