数据结构与算法JavaScript描述——使用队列
1.使用队列：方块舞的舞伴分配问题
前面我们提到过，经常用队列模拟排队的人。下面我们使用队列来模拟跳方块舞的人。当
男男女女来到舞池，他们按照自己的性别排成两队。当舞池中有地方空出来时，选两个队
列中的第一个人组成舞伴。他们身后的人各自向前移动一位，变成新的队首。当一对舞伴
迈入舞池时，主持人会大声喊出他们的名字。当一对舞伴走出舞池，且两排队伍中有任意
一队没人时，主持人也会把这个情况告诉大家。
为了模拟这种情况，我们把跳方块舞的男男女女的姓名储存在一个文本文件中：
下面是程序代码的实现：
<script type="text/javascript"> function Queue(){ this.dataStore = []; this.enqueue = enqueue; this.dequeue = dequeue; this.front = front; this.back = back; this.toString = toString; this.empty = empty; this.count = count; } /** * 向队尾添加一个元素 */ function enqueue(element){ this.dataStore.push(element); } /** * 删除队首的元素： */ function dequeue(){ this.dataStore.shift(); } /** * 读取队首的元素： */ function front(){ return this.dataStore[0]; } /** * 读取队尾的元素： */ function back(){ return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]; } /** * 显示队列内的所有元素 */ function toString(){ var retStr = ""; for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) { retStr += this.dataStore[i] + "\n"; } return retStr; } /** * 判断队列是否为空 */ function empty(){ if(this.dataStore.length == 0){ return true; }else{ return false; } } /** * 显示队列中有多少个元素 */ function count(){ return this.dataStore.length; } //===================================使用Queue类============================================= /** * 每个舞者信息都被存储在一个Dancer 对象中 */ function Dancer(name, sex) { this.name = name; this.sex = sex; } /** * 将舞者信息从文件中读到程序里来 * trim() 函数除去了每行字符串后的空格 * 根据性别，将舞者加入不同的队列 */ function getDancers(males, females){ var names = read("dancers.txt").split("\n"); for (var i = 0; i < names.length; ++i) { names[i] = names[i].trim(); } for (var i = 0; i < names.length; ++i) { var dancer = names[i].split(" "); var sex = dancer[0]; var name = dancer[1]; if (sex == "F") { females.enqueue(new Dancer(name, sex)); }else{ males.enqueue(new Dancer(name, sex)); } } } /** * 将男性和女性组成舞伴，并且宣布配对结果 */ function dance(males, females){ console.log("The dance partners are: \n"); while (!females.empty() && !males.empty()) { person = females.dequeue(); console.log("Female dancer is: " + person.name); person = males.dequeue(); console.log(" and the male dancer is: " + person.name); } } /** *测试程序： */ var maleDancers = new Queue(); var femaleDancers = new Queue(); getDancers(maleDancers, femaleDancers); dance(maleDancers, femaleDancers); if (!femaleDancers.empty()) { print(femaleDancers.front().name + " is waiting to dance."); } if (!maleDancers.empty()) { print(maleDancers.front().name + " is waiting to dance."); } //显示等候跳舞的人数 if (maleDancers.count() > 0) { print("There are " + maleDancers.count() +" male dancers waiting to dance."); } if (femaleDancers.count() > 0) { print("There are " + femaleDancers.count() +" female dancers waiting to dance."); } </script>
2.使用队列对数据进行排序
队列不仅用于执行现实生活中与排队有关的操作，还可以用于对数据进行排序。
计算机刚刚出现时，程序是通过穿孔卡输入主机的，每张卡包含一条程序语句。
这些穿孔卡装在一个盒子里，经一个机械装置进行排序。我们可以使用一组队列来模拟这一过程。
这种排序技术叫做基数排序，它不是最快的排序算法，但是它展示了一些有趣的队列使用方法。
对于0~99 的数字，基数排序将数据集扫描两次。
第一次按个位上的数字进行排序，第二次按十位上的数字进行排序。每个数字根据对应位上的数值被分在不同的盒子里。
假设有如下数字：
91, 46, 85, 15, 92, 35, 31, 22
经过基数排序第一次扫描之后，数字被分配到如下盒子中：
根据盒子的顺序，对数字进行第一次排序的结果如下：
91, 31, 92, 22, 85, 15, 35, 46
然后根据十位上的数值再将上次排序的结果分配到不同的盒子中：
最后，将盒子中的数字取出，组成一个新的列表，该列表即为排好序的数字：
15, 22, 31, 35, 46, 85, 91, 92
使用队列代表盒子，可以实现这个算法。
View Code
我们需要十个队列，每个对应一个数字。将所有队列保存在一个数组中，使用取余和除法操作决定个位和十位。
算法的剩余部分将数字加入相应的队列，根据个位数值对其重新排序，然后再根据十位上的数值进行排序，
结果即为排好序的数字。
下面是代码的实现：
<script type="text/javascript"> function Queue(){ this.dataStore = []; this.enqueue = enqueue; this.dequeue = dequeue; this.front = front; this.back = back; this.toString = toString; this.empty = empty; this.count = count; } /** * 向队尾添加一个元素 */ function enqueue(element){ this.dataStore.push(element); } /** * 删除队首的元素： */ function dequeue(){ return this.dataStore.shift(); } /** * 读取队首的元素： */ function front(){ return this.dataStore[0]; } /** * 读取队尾的元素： */ function back(){ return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]; } /** * 显示队列内的所有元素 */ function toString(){ var retStr = ""; for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) { retStr += this.dataStore[i] + "\n"; } return retStr; } /** * 判断队列是否为空 */ function empty(){ if(this.dataStore.length == 0){ return true; }else{ return false; } } /** * 显示队列中有多少个元素 */ function count(){ return this.dataStore.length; } //===================================使用Queue类============================================= /** * 根据相应位（个位或十位）上的数值,将数字分配到相应队列 * nums: 待排序的数组 * queues: 队列数组 * n: nums的length * 参数digit 1-按照个位数排序，10-按照十位数排序 */ function distribute(nums, queues, n, digit){ for(var i=0; i<n; i++){ if(digit == 1){ queues[nums[i]%10].enqueue(nums[i]); }else{ var k = Math.floor(nums[i]/10); queues[k].enqueue(nums[i]); } } } /** * 从队列中收集数字的函数 */ function collect(queues, nums){ var i=0; for(var j=0; j<queues.length; j++){ while(!queues[j].empty()){ nums[i++] = queues[j].dequeue(); } } } //测试程序 //1.定义queues 和 nums var queues = []; for (var i = 0; i < 10; ++i) { queues[i] = new Queue(); } var nums = []; for (var i = 0; i < 10; ++i) { nums[i] = Math.floor(Math.random() * 101); } console.log("Before radix sort: "); console.log(nums); distribute(nums, queues, nums.length, 1); //按照个位数进行第一次排序 collect(queues, nums); //对按照个位数排好序的队列，每个队列挨排出列，组成新的数组 distribute(nums, queues, nums.length, 10); //按照十位数进行第二次排序 collect(queues, nums); console.log("After radix sort: "); console.log(nums); </script>
打印出来如下：
3.优先队列：
在一般情况下，从队列中删除的元素，一定是率先入队的元素。
但是也有一些使用队列的应用，在删除元素时不必遵守先进先出的约定。这种应用，需要使用一个叫做优先队列的数据结构来进行模拟。
从优先队列中删除元素时， 需要考虑优先权的限制。
比如医院急诊科的候诊室，就是一个采取优先队列的例子。当病人进入候诊室时，分诊护士会评估患者病情的严重程度，然后给一个优先级代码。高优先级的患者先于低优先级的患者就医，同样优先级的患者按照先来先服务的顺序就医。
先来定义存储队列元素的对象，然后再构建我们的优先队列系统：
function Patient(name, code) {
this.name = name;
this.code = code;
}
变量code 是一个整数，表示患者的优先级或病情严重程度。
现在需要重新定义dequeue() 方法，使其删除队列中拥有最高优先级的元素。
我们规定：优先码的值最小的元素优先级最高。
新的dequeue() 方法遍历队列的底层存储数组，从中找出优先码最低的元素，然后使用数组的splice() 方法删除优先级最高的元素。
最后，需要定义toString() 方法来显示Patient 对象。
代码实现如下：
<script type="text/javascript"> function Queue(){ this.dataStore = []; this.enqueue = enqueue; this.dequeue = dequeue; this.front = front; this.back = back; this.toString = toString; this.empty = empty; this.count = count; } /** * 向队尾添加一个元素 */ function enqueue(element){ this.dataStore.push(element); } /** * 使用简单的顺序查找方法寻找优先级最高的元素（优先码越小优先级越高，比如，1 比5 的优先级高） * 返回包含一个元素的数组——从队列中删除的元素。 * * 假设第0个位置的优先级最小。 * 找到比这个优先级更小的位置，然后更新位置。 */ function dequeue(){ var priority = 0; for(var i=1; i<this.dataStore.length; i++){ if(this.dataStore[i].code < this.dataStore[priority].code){ priority = i; } } return this.dataStore.splice(priority, 1); } /** * 读取队首的元素： */ function front(){ return this.dataStore[0]; } /** * 读取队尾的元素： */ function back(){ return this.dataStore[this.dataStore.length - 1]; } /** * 显示队列内的所有元素 */ function toString(){ var retStr = ""; for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) { retStr += this.dataStore[i].name + ", code: "+ this.dataStore[i].code + "\n"; } return retStr; } /** * 判断队列是否为空 */ function empty(){ if(this.dataStore.length == 0){ return true; }else{ return false; } } /** * 显示队列中有多少个元素 */ function count(){ return this.dataStore.length; } //===================================使用Queue类============================================= function Patient(name, code) { this.name = name; this.code = code; } //优先队列的实现： var p = new Patient("Smith",5); var ed = new Queue(); ed.enqueue(p); p = new Patient("Jones", 4); ed.enqueue(p); p = new Patient("Fehrenbach", 6); ed.enqueue(p); p = new Patient("Brown", 1); ed.enqueue(p); p = new Patient("Ingram", 1); ed.enqueue(p); console.log(ed.toString()); console.log("-------------------------------"); var seen = ed.dequeue(); console.log("Patient being treated: " + seen[0].name); console.log("Patients waiting to be seen: "); console.log(ed.toString()); console.log("-------------------------------"); // 下一轮 var seen = ed.dequeue(); console.log("Patient being treated: " + seen[0].name); console.log("Patients waiting to be seen: "); console.log(ed.toString()); console.log("-------------------------------"); var seen = ed.dequeue(); console.log("Patient being treated: " + seen[0].name); console.log("Patients waiting to be seen: "); console.log(ed.toString()); </script>
打印结果：
