什么是队列
队列是另外一种遵循先进先出原则的线性数据结构。队列有两端可供操作，一端出队，一端入队。这个特点和栈不同，栈只有一端可以用来操作。入队总是在后端，出队在前端。
常见操作
- enqueue -> 入队
- dequeue -> 出队
- peek -> 返回队列前端元素
- isEmpty -> 是否为空
PHP实现
首先我们定义一个QueueInterface。
interface QueueInterface
{
public function enqueue(string $item);
public function dequeue();
public function isEmpty();
public function peek();
}
来看基于数组的队列实现
class ArrQueue implements QueueInterface
{
private $queue;
private $limit;
public function __construct(int $limit = 0)
{
$this->limit = $limit;
$this->queue = [];
}
public function isEmpty()
{
return empty($this->queue);
}
public function dequeue()
{
if ($this->isEmpty()) {
throw new \UnderflowException('queue is empty');
} else {
array_shift($this->queue);
}
}
public function enqueue(string $item)
{
if (count($this->queue) >= $this->limit) {
throw new \OverflowException('queue is full');
} else {
array_unshift($this->queue, $item);
}
}
public function peek()
{
return current($this->queue);
}
}
得益于PHP强大的array结构，我们轻而易举的写出来了队列的基本操作方法。果然世界上最好的语言名不虚传。
可能机智的同学已经猜到了，我之前已经定义了一个队列接口，那队列的实现肯定不止只有上面一种哈。来看基于链表的实现。
class LinkedListQueue implements QueueInterface
{
private $limit;
private $queue;
public function __construct(int $limit = 0)
{
$this->limit = $limit;
$this->queue = new LinkedList();
}
public function isEmpty()
{
return $this->queue->getSize() == 0;
}
public function peek()
{
return $this->queue->getNthNode(0)->data;
}
public function enqueue(string $item)
{
if ($this->queue->getSize() < $this->limit) {
$this->queue->insert($item);
} else {
throw new \OverflowException('queue is full');
}
}
public function dequeue()
{
if ($this->isEmpty()) {
throw new \UnderflowException('queue is empty');
} else {
$lastItem = $this->peek();
$this->queue->deleteFirst();
return $lastItem;
}
}
}
里面涉及到了之前的链表实现，不了解细节的同学可以去这里看看。
Spl中的队列
强大的PHP已经内置了队列实现，可以使用的方法和上面我们自己实现的类似。
class SqlQueue
{
private $splQueue;
public function __construct()
{
$this->splQueue = new \SplQueue();
}
public function enqueue(string $data = null)
{
$this->splQueue->enqueue($data);
}
public function dequeue()
{
return $this->splQueue->dequeue();
}
}
优先队列
优先队列是一种特殊的队列，入队或者出队的顺序都是基于每个节点的权重。
顺序序列
优先队列可以分为有序优先队列和无序优先队列。有序优先队列又有两种情况，倒序或者顺序。在顺序序列中，我们可以迅速的找出最大或者最小优先级别的节点，复杂度是O(1)。但是插入的话会花费掉更多的时间，因为我们要检查每一个节点的优先级别然后插入到合适的位置。
无序序列
在无序序列中，在插入新节点的时候我们不需要根据他们的优先级确定位置。入队的时候像普通队列一样，插入到队列的末尾。但是当我们想移除优先级最高的元素的时候，我们要扫描每一个节点来确定移除优先级最高的那一个。接下来我们还是基于链表实现一个顺序的优先队列。
class LinkedListPriorityQueue
{
private $limit;
private $queue;
public function __construct(int $limit = 0)
{
$this->limit = $limit;
$this->queue = new LinkedList();
}
public function enqueue(string $data = null, int $priority)
{
if ($this->queue->getSize() > $this->limit) {
throw new \OverflowException('Queue is full');
} else {
$this->queue->insert($data, $priority);
}
}
public function dequeue(): string
{
if ($this->isEmpty()) {
throw new \UnderflowException('Queue is empty');
} else {
$item = $this->peek();
$this->queue->deleteFirst();
return $item->data;
}
}
public function peek()
{
return $this->queue->getNthNode(0);
}
public function isEmpty()
{
return $this->queue->getSize() === 0;
}
}
环形队列
为充分利用向量空间，克服”假溢出”现象的方法是：将向量空间想象为一个首尾相接的圆环，并称这种向量为循环向量。存储在其中的队列称为循环队列。环形队列也是一种数组，只是它在逻辑上把数组的头和尾相连，形成循环队列，当数组尾满的时候，要判断数组头是否为空，不为空继续存放数据。
class CircularQueue implements QueueInterface
{
private $queue;
private $limit;
private $front = 0;
private $rear = 0;
public function __construct(int $limit = 0)
{
$this->limit = $limit;
$this->queue = [];
}
public function isEmpty()
{
return $this->front === $this->rear;
}
public function isFull()
{
$diff = $this->rear - $this->front;
if ($diff == -1 || $diff == ($this->limit - 1)) {
return true;
}
return false;
}
public function peek()
{
return $this->queue[$this->front];
}
public function dequeue()
{
if ($this->isEmpty()) {
throw new \UnderflowException('Queue is empty');
}
$item = $this->queue[$this->front];
$this->queue[$this->front] = null;
$this->front = ($this->front + 1) % $this->limit;
return $item;
}
public function enqueue(string $item)
{
if ($this->isFull()) {
throw new \OverflowException('Queue is full');
}
$this->queue[$this->rear] = $item;
$this->rear = ($this->rear + 1) % $this->limit;
}
}
双端队列
截止目前我们所实现的队列都是在队尾(rear)入队，队首(front) 出队的结构。在特殊的情况下，我们希望不论是队首还是队尾都可以入队或者出队，这种结构就叫做双端队列。基于我们之前实现的链表结构，我们可以轻而易举的实现这样的结构。
class LinkedListDeQueue
{
private $limit = 0;
private $queue;
public function __construct(int $limit = 0)
{
$this->limit = $limit;
$this->queue = new \DataStructure\LinkedList\LinkedList();
}
public function dequeueFromFront(): string
{
if ($this->isEmpty()) {
throw new \UnderflowException('Queue is empty');
}
$item = $this->queue->getNthNode(0);
$this->queue->deleteFirst();
return $item->data;
}
public function dequeueFromBack(): string
{
if ($this->isEmpty()) {
throw new \UnderflowException('Queue is empty');
}
$item = $this->queue->getNthNode($this->queue->getSize() - 1);
$this->queue->deleteLast();
return $item->data;
}
public function isFull()
{
return $this->queue->getSize() >= $this->limit;
}
public function enqueueAtBack(string $data = null)
{
if ($this->isFull()) {
throw new \OverflowException('queue is full');
}
$this->queue->insert($data);
}
public function enqueueAtFront(string $data = null)
{
if ($this->isFull()) {
throw new \OverflowException('queue is full');
}
$this->queue->insertAtFirst($data);
}
public function isEmpty()
{
return $this->queue->getSize() === 0;
}
public function peekFront()
{
return $this->queue->getNthNode(0)->data;
}
public function peekBack()
{
return $this->queue->getNthNode($this->queue->getSize() - 1)->data;
}
}
里面涉及到了之前的链表实现，不了解细节的同学可以去这里看看。
总结
栈和队列是我们最常用的数据结构，我们会在其他的复杂数据结构中看到这两种抽象数据类型的应用。在下一章，我们继续学习PHP数据结构之递归，这是一种将复杂问题简单化的常用思路。
专题系列
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