队列这种数据结构,前端需要了解的队列结构主要有:双端队列、滑动窗口,它们都是算法中是比较常用的数据结构。
一、数据结构:队列
队列和栈类似,不同的是队列是先进先出 (FIFO) 原则的有序集合,它的结构类似如下:
常见队列的操作有:enqueue(e)
进队、 dequeue()
出队、 isEmpty()
是否是空队、 front()
获取队头元素、clear()
清空队,以及 size()
获取队列长度。
function Queue() {
let items = []
this.enqueue = function(e) {
items.push(e)
}
this.dequeue = function() {
return items.shift()
}
this.isEmpty = function() {
return items.length === 0
}
this.front = function() {
return items[0]
}
this.clear = function() {
items = []
}
this.size = function() {
return items.length
}
}
查找:从对头开始查找,从时间复杂度为 O(n)
插入或删除:进栈与出栈的时间复杂度为 O(1)
二、双端队列(Deque)
1、什么是 Deque
Deque 在原有队列的基础上扩充了:队头、队尾都可以进队出队,它的数据结构如下:
function Deque() {
let items = []
this.addFirst = function(e) {
items.unshift(e)
}
this.removeFirst = function() {
return items.shift()
}
this.addLast = function(e) {
items.push(e)
}
this.removeLast = function() {
return items.pop()
}
this.isEmpty = function() {
return items.length === 0
}
this.front = function() {
return items[0]
}
this.clear = function() {
items = []
}
this.size = function() {
return items.length
}
}
三、双端队列问题
给定一个字符串,逐个翻转字符串中的每个单词。
示例1:
输入: "the sky is blue"
输出: "blue is sky the"
示例2:
输入: " hello world! "
输出: "world! hello"
解释: 输入字符串可以在前面或者后面包含多余的空格,但是反转后的字符不能包括。
示例3:
输入: "a good example"
输出: "example good a"
解释: 如果两个单词间有多余的空格,将反转后单词间的空格减少到只含一个。
说明:
- 无空格字符构成一个单词。
- 输入字符串可以在前面或者后面包含多余的空格,但是反转后的字符不能包括。
- 如果两个单词间有多余的空格,将反转后单词间的空格减少到只含一个。
解题思路:使用双端队列解题
- 首先去除字符串左右空格
- 逐个读取字符串中的每个单词,依次放入双端队列的对头
- 再将队列转换成字符串输出(已空格为分隔符)
画图理解:
var reverseWords = function(s) {
let left = 0
let right = s.length - 1
let queue = []
let word = ''
while (s.charAt(left) === ' ') left ++
while (s.charAt(right) === ' ') right --
while (left <= right) {
let char = s.charAt(left)
if (char === ' ' && word) {
queue.unshift(word)
word = ''
} else if (char !== ' '){
word += char
}
left++
}
queue.unshift(word)
return queue.join(' ')
};
四、滑动窗口
1、什么是滑动窗口
这是队列的另一个重要应用。顾名思义,滑动窗口就是一个运行在一个大数组上的子列表,该数组是一个底层元素集合。假设有数组 [a b c d e f g h ],一个大小为 3 的 滑动窗口在其上滑动,则有:
[a b c]
[b c d]
[c d e]
[d e f]
[e f g]
[f g h]
一般情况下就是使用这个窗口在数组的 合法区间 内进行滑动,同时 动态地 记录一些有用的数据,很多情况下,能够极大地提高算法地效率。
下面看一道经典的滑动窗口问题:给定一个字符串,请你找出其中不含有重复字符的 最长子串 的长度。
示例 1:
输入: "abcabcbb"
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "abc",所以其长度为 3。
示例 2:
输入: "bbbbb"
输出: 1
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "b",所以其长度为 1。
示例 3:
输入: "pwwkew"
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 "wke",所以其长度为 3。
请注意,你的答案必须是 子串 的长度,"pwke" 是一个子序列,不是子串。
解题思路: 使用一个数组来维护滑动窗口
遍历字符串,判断字符是否在滑动窗口数组里
- 不在则
push
进数组 - 在则删除滑动窗口数组里相同字符及相同字符前的字符,然后将当前字符
push
进数组 - 然后将
max
更新为当前最长子串的长度
遍历完,返回 max
即可
画图帮助理解一下:
var lengthOfLongestSubstring = function(s) {
let arr = [], max = 0
for(let i = 0; i < s.length; i++) {
let index = arr.indexOf(s[i])
if(index !== -1) {
arr.splice(0, index+1);
}
arr.push(s.charAt(i))
max = Math.max(arr.length, max)
}
return max
};
时间复杂度:O(n2), 其中 arr.indexOf()
时间复杂度为 O(n) ,arr.splice(0, index+1)
的时间复杂度也为 O(n)
2、滑动窗口最大值问题
给定一个数组 nums
和滑动窗口的大小 k
,请找出所有滑动窗口里的最大值。
示例:
输入: nums = [1,3,-1,-3,5,3,6,7], 和 k = 3
输出: [3,3,5,5,6,7]
解释:
滑动窗口的位置 最大值
[1 3 -1] -3 5 3 6 7 3
1 [3 -1 -3] 5 3 6 7 3
1 3 [-1 -3 5] 3 6 7 5
1 3 -1 [-3 5 3] 6 7 5
1 3 -1 -3 [5 3 6] 7 6
1 3 -1 -3 5 [3 6 7] 7
你可以假设 k
总是有效的,在输入数组不为空的情况下,1 ≤ k ≤ 输入数组的大小。
解题思路:
var maxSlidingWindow = function(nums, k) {
let max = []; //存放最大值
let _len = nums.length - k
for(let i=0; i <= _len; i++){
const _ = nums.slice(i, i + k)
if(_.length === k){
max.push(Math.max(..._))
}
}
return max
}