隊列(Queue)
我們之前說到了棧，它是一種比較高效的數據結構，遵循 先入后出(LIFO，last-in-first-out) 的原則。而今天我們要討論的隊列，它也是一種特殊的列表，它與棧不同的是， 隊列只能在隊尾插入元素，在隊首刪除元素，就像我們平時排隊買票一樣~
隊列用于存儲按順序排列的數據，遵循 先進先出(FIFO，First-In-First-Out) 的原則，也是計算機常用的一種數據結構，別用于很多地方，比如提交給操作系統的一系列進程，打印池任務等。
同棧有點類似，隊列的操作主要也是有兩種：向隊列中插入新元素和刪除隊列中的元素，即入隊和出隊操作，我們采用 enqueue 和 dequeue 兩個方法。
除此之外，隊列還有一些其他的操作，比如讀取隊首的元素，該操作僅返回對頭元素并不將它從隊列中刪除，類似棧的 peek 方法；back 方法讀取隊尾的元素；toString 方法可以打印當前隊列中所有的元素；clear 方法清空當前隊列等。
我們定義好數據類型，可以通過JS中的數組去實現它。
隊列的實現
//定義隊列
function Queue(){
this.dataStore = [];
this.enqueue = enqueue; //入隊
this.dequeue = dequeue; //出隊
this.front = front; //查看隊首元素
this.back = back; //查看隊尾元素
this.toString = toString; //顯示隊列所有元素
this.clear = clear; //清空當前隊列
this.empty = empty; //判斷當前隊列是否為空
}
我們先來實現入隊操作：
enqueue：向隊列添加元素
//向隊列末尾添加一個元素，直接調用 push 方法即可
function enqueue ( element ) {
this.dataStore.push( element );
}
因為JS中的數組具有其他語言沒有的有點，可以直接利用 shift 方法刪除數組的第一個元素，因此，出隊操作的實現就變得很簡單了。
dequeue：刪除隊首的元素
//刪除隊列首的元素，可以利用 JS 數組中的 shift 方法
function dequeue () {
if( this.empty() ) return 'This queue is empty';
else this.dataStore.shift();
}
我們注意的，上面我做了一個判斷，隊列是否還有元素，因為去刪除空隊列的元素是沒有意義的，那么，我們就來看看 empty 方法是如何實現的。
empty：判斷隊列是否為空
//我們通過判斷 dataStore 的長度就可知道隊列是否為空
function empty(){
if( this.dataStore.length == 0 ) return true;
else return false;
}
我們先來看看測試一下這幾個方法，
var queue = new Queue();
console.log( queue.empty() ); //true
//添加幾個元素
queue.enqueue('Apple');
queue.enqueue('Banana');
queue.enqueue('Pear');
console.log( queue.empty() ); // false
現在，我不知道誰在第一個，誰是最后一個，我們可以利用 front 和 back 方法分別來查看，
front：查看隊首元素
//查看隊首元素，直接返回數組首個元素即可
function front(){
if( this.empty() ) return 'This queue is empty';
else return this.dataStore[0]；
}
back：查看隊尾元素
//查看隊首元素，直接返回數組最后一個元素即可
//讀取隊列尾的元素
function back () {
if( this.empty() ) return 'This queue is empty';
else return this.dataStore[ this.dataStore.length - 1 ];
}
我們先看看對不對：
//查看隊首元素
console.log( queue.front() ); // Apple
//查看隊尾元素
console.log( queue.back() ); // Pear
//出隊
queue.dequeue();
//查看隊首元素
console.log( queue.front() ); // Banana
//查看隊尾元素
console.log( queue.back() ); // Pear
沒問題！現在，我想看看，總共有多少水果，toString方法來實現，
toString：查看隊列中所有元素
//查看對了所有元素，我這里采用數組的 join 方法實現
function toString(){
return this.dataStore.join('\n');
}
現在，你可以看看你還有什么水果沒吃的了,
console.log( queue.toString() ) // Apple
// Banana
// Pear
我們就剩下一個 clear 方法了，如果你已經把所有水果都吃完了，那么你應該使用 clear 方法，
//清空當前隊列，也很簡單，我們直接將 dataStore 數值清空即可
function clear(){
delete this.dataStore;
this.dataStor = [];
}
至此，我們已經用JS實現了一個隊列，怎么樣，是不是覺得JS的數組超級好用，省去了不少麻煩，有木有！！
//清空隊列
queue.clear();
console.log( queue.empty() ); // true
下面，我們利用隊列來實現基數排序。
基數排序（radix sort）屬于“分配式排序”（distribution sort），它是透過鍵值的部份資訊，將要排序的元素分配至某些“桶”中，藉以達到排序的作用，基數排序法是屬于穩定性的排序，其時間復雜度為O (nlog(r)m)，其中r為所采取的基數，而m為堆數，在某些時候，基數排序法的效率高于其它的穩定性排序法。
先看一下基數排序的的實現步驟（以兩位數為例），需要掃描兩次，第一次按個位數字進行排序，第二次按十位數字排序，每個數字根據對應的數值分配到到不同的盒子里，最后將盒子的數字依次取出，組成新的列表即為排序好的數字。
- 假設我們有一串數字，分別為 73, 22, 93, 43, 55, 14, 28, 65, 39, 81
-
首先根據個位數字排序，放到不同的盒子里，如下圖
第一次排序 - 接下來將這些盒子中的數值重新串接起來，成為以下的數列：81, 22, 73, 93, 43, 14, 55, 65, 28, 39
-
然后根據十位數字排序，再放到不同的盒子里，如下圖
第二次排序 - 接下來將這些盒子中的數值重新串接起來，整個數列已經排序完畢：14, 22, 28, 39, 43, 55, 65, 73, 81, 93
我們已經了解了基數排序的算法思想，接著我們要結合隊列去實現它，一起來看看吧。
//基數排序
var queues = []; //定義隊列數組
var nums = []; //定義數字數組
//選十個0~99的隨機數進行排序
for ( var i = 0 ; i < 10 ; i ++ ){
queues[i] = new Queue();
nums[i] = Math.floor( Math.random() * 101 );
}
//排序之前
console.log( 'before radix sort: ' + nums );
//基數排序
distribution( nums , queues , 10 , 1 );
collect( queues , nums );
distribution( nums , queues , 10 , 10 );
collect( queues , nums );
//排序之后
console.info('after radix sort: ' + nums );
//根據相應的（個位和十位）數值，將數字分配到相應隊列
function distribution ( nums , queues , n , digit ) { //digit表示個位或者十位的值
for( var i = 0 ; i < n ; i++ ){
if( digit == 1){
queues[ nums[i] % 10 ].enqueue( nums[i] );
}else{
queues[ Math.floor( nums[i] / 10 ) ].enqueue( nums[i] );
}
}
}
//從隊列中收集數字
function collect ( queues , nums ) {
var i = 0;
for ( var digit = 0 ; digit < 10 ; digit ++ ){
while ( !queues[digit].empty() ){
nums[ i++ ] = queues[digit].front();
queues[digit].dequeue();
}
}
}
我這里貼出兩組測試的結果，大家自己動手實踐一下。
//第一組測試
before radix sort: 23,39,2,67,90,41,47,21,98,13
after radix sort: 2,13,21,23,39,41,47,67,90,98
//第二組測試
before radix sort: 29,62,38,16,55,26,33,54,76,65
after radix sort: 16,26,29,33,38,54,55,62,65,76
至此，我們隊列也就告一段落了，大家還可以往深入拓展，比如優先隊列，循環隊列等，希望大家能發散思維，多動手實踐，一起加油！
