Een beginnershandleiding voor het begrijpen van wachtrijen en prioriteitswachtrijen

Als programmeur werk je met verschillende datastructuren, afhankelijk van de omvang van je projecten. Een dergelijk concept is een wachtrijgegevensstructuur; wachtrijen zijn essentieel voor studenten en worden in veel belangrijke algoritmen gebruikt. Net als wachtrijen delen prioriteitswachtrijen een soortgelijk concept, maar hebben een paar fundamentele verschillen.

Lees verder om wachtrijen en prioriteitswachtrijen te begrijpen.

Wat is een wachtrij?

Een wachtrij is een eenvoudige gegevensstructuur die een verscheidenheid aan toepassingen heeft in real-life codeerprojecten. Datastructuren zijn inherent abstract, maar omwille van de eenvoud stellen we ons voor dat een wachtrijdatastructuur een lineaire vorm heeft met twee verschillende uiteinden.

In termen van tijdcomplexiteit laat een wachtrij invoeging (enqueue) en verwijdering (dequeue) in O(1) tijd toe. Vanwege de asymptotische efficiëntie zijn wachtrijen efficiënt voor grote datasets. Wachtrijen zijn first-in-first-out (FIFO) van aard, wat betekent dat een gegevensitem dat als eerste wordt ingevoegd, als eerste wordt geopend. Stacks daarentegen hebben een last-in-first-out (LIFO) karakter en hebben slechts één open einde.

Stel je een wachtrij voor bij een bioscoop; elke nieuwe klant die binnenkomt, voegt zich aan de ene kant in de rij. Elke klant koopt één voor één een kaartje en verlaat de wachtrij aan de voorkant. De wachtrijgegevensstructuur werkt precies zoals elke echte wachtrij, en gegevens worden aan het ene uiteinde ingevoegd (in de wachtrij geplaatst) en aan het andere uiteinde verwijderd (uit de wachtrij gehaald). U kunt nu hopelijk de redenering begrijpen waarom wachtrijen een FIFO-methodologie volgen.

Een wachtrij heeft tal van real-life codeertoepassingen. Het wordt vaker gebruikt in toepassingen waar gegevens niet onmiddellijk hoeven te worden verwerkt, maar in een FIFO-volgorde. Schijfplanning, asynchrone gegevensoverdracht, semaforen zijn enkele typische toepassingen. Voor planningstaken die het eerst komen, het eerst maalt, zoals afdrukspooling of buffers van invoerapparaten, wordt ook een wachtrij gebruikt.

Wat is een prioriteitswachtrij?

Een prioriteitswachtrij is vergelijkbaar met een wachtrij, maar heeft aanvullende eigenschappen. Wanneer een data-element in de wachtrij met prioriteit wordt geplaatst, krijgt het een prioriteitsnummer. In tegenstelling tot het uit de wachtrij halen van een standaard wachtrij, worden data-elementen met een hoge prioriteit eerder uit de wachtrij gehaald dan data-elementen met een lage prioriteit. Prioriteit vervangt de volgorde van aankomst in een prioriteitswachtrij, daarom hebben prioriteitswachtrijen geen consistent FIFO-karakter.

Verwant: Algoritmen die elke programmeur zou moeten kennen

Programmeurs kunnen op verschillende manieren een prioriteitswachtrij implementeren. Een eenvoudige implementatie is om een ​​array te gebruiken met een struct/class data-item, en het data-item zal de prioriteit van elk data-element en de data zelf bevatten. Een andere primitieve prioriteitswachtrij-implementatie is het gebruik van een gekoppelde lijst. Prioriteitswachtrijen die zijn geïmplementeerd via gekoppelde lijsten zijn functioneel, maar niet ideaal vanwege hun prestaties.

U kunt een wachtrij met betere prioriteit implementeren met een hoop. Als u zich herinnert, geven binaire heaps het maximum of minimum element in 0(1) tijd, en het invoegen duurt slechts 0(logN) tijd. Met behulp van heaps geven prioriteitswachtrijen asymptotisch betere prestaties in vergelijking met wachtrijen of arrays.

Een prioriteitswachtrij heeft ook een aantal essentiële toepassingen. Prioriteitswachtrijen zijn cruciaal in grafiekalgoritmen zoals Prim's Minimum Spanning Tree en Dijkstra's Shortest Path-algoritme. Ze zijn ook ideaal in algoritmen voor procesplanning van computerverwerkingseenheden (CPU's).

Leer datastructuren

Wachtrijen en prioriteitswachtrijen zijn belangrijke gegevensstructuren voor alle beginners. Het is van cruciaal belang dat studenten zich op hun gemak voelen bij het implementeren van deze datastructuren en bij het gebruik ervan in verschillende projecten.

Andere datastructuren zoals stapels, stapels en bomen zijn even belangrijk voor studenten en professionals. Het is ook heel gebruikelijk voor interviewers om sollicitanten te ondervragen over datastructuren.

Na het lezen van dit artikel zou u nu een goed idee moeten hebben over hoe wachtrijen en prioriteitswachtrijen werken. Als alles nog steeds een beetje onduidelijk lijkt, zul je deze onder de knie krijgen naarmate je meer ervaring opdoet met het gebruik ervan.

Hoop vs. Stacks: wat onderscheidt ze?

Je hebt gehoord van Heaps and Stacks, maar wanneer moet je de een boven de ander gebruiken?

Lees volgende

Over de auteur