Queue Data Structure

Queue Data Structure

โครงสร้างการทำงานแบบคิวคือการมีการจัดลำดับการเข้าและออกข้อมูลอย่างเป็นลำดับข้อมูลใดเข้ามาก่อนก็จะดำเนินการก่อน หากข้อมูลใดเข้ามาทีหลังก็จะดำเนินการทีหลัง เรียกลักษณะของการดำเนินการแบบนี้ว่า  First In First Out (FIFO) หรือ เข้าก่อนออกก่อน

ประเภทของ Queue

Queue มี 3 ประเภท คือ

1.  คิวธรรมดา (Queue)

คิวธรรมดา หมายถึง คิวที่มีการนำข้อมูลเข้าทางท้ายคิว (Rear) และนำข้อมูลออกหางคิว (Front) โดยถ้าท้ายคิวไปอยู่ที่ตำแหน่งท้ายสุดของคิวแล้ว ถึงแม้จะมีช่องว่างเหลือที่หัวคิวก็ไม่สามารถนำข้อมูลใหม่ไปเก็บได้ จนกว่าจะนำข้อมูลในคิวออกให้หมดก่อนจึงเริ่มนำข้อมูลใหม่ไปเก็บได้

การนำข้อมูลเข้า Enqueue

ก่อนนำสมาชิกเข้าคิว ต้องตรวจสอบว่าคิวเต็มหรือไม่ โดยที่ ถ้า rear = maxQ แสดงว่าคิวเต็ม (เมื่อ maxQ คือขนาดของคิว)การนำข้อมูลใหม่เข้ามาแถวคอย จะเพิ่มเข้ามาด้านหลังและจะนำเข้ามาเรื่อย ๆ จนเต็ม หรือเรียกว่า แถวคอยเต็ม (Queue Overflow) ดังนั้นการนำสมาชิกเข้าคิว จึง เป็นการเพิ่มค่าพอยน์เตอร์ rear หากมีสมาชิกในคิวเพียงค่าเดียวพอยน์เตอร์ rear และ front จะเท่ากัน

การนำข้อมูลออก  Dequeue

ก่อนนำสมาชิกออกจากคิว ต้องตรวจสอบดูก่อนว่าคิวว่างเปล่าหรือไม่โดยเงื่อนไขการตรวจสอบคือ front = rear = 0 ข้อมูลที่จะนำออกก่อนจะเป็นข้อมูลที่อยู่ ด้านหน้าสามารถนำข้อมูลออกเรื่อย ๆ จนไม่มีข้อมูล หรือเรียกว่า แถวคอยว่าง  (Queue Underflow) ดังนั้นการนำสมาชิกออกจากคิวจึง เป็นการเพิ่มค่าพอยน์เตอร์ front

2.  คิวแบบวงกลม (Circular Queue)

คิววงกลม หมายถึง คิวที่ถูกออกแบบมาให้มีลักษณะเป็นวงกลมเพื่อให้สามารถนำข้อมูลใหม่ไปเก็บไว้ที่ช่องว่างด้านหน้าคิวได้ คิววงกลมออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหาคิวธรรมดา

ลักษณะของคิวแบบวงกลม

เหมือนคิวธรรมดาคือมีตัวชี้ 2 ตัวคือ front และ rear สำหรับแสดงตำแหน่งหัวคิวและท้ายคิวตามลำดับแตกต่างจากคิวธรรมดาคือ คิวธรรมดาเมื่อ rear ชี้อยู่ที่ตำแหน่งสุดท้ายของคิวจะทำให้ไม่สามารถเพิ่มข้อมูลเข้าไปในคิวได้อีกทั้งที่บางครั้งยังมีที่ว่างเหลืออยู่ก็ตาม คิววงกลมจัดการปัญหานี้โดยกรณี rear ชี้อยู่ที่ตำแหน่งสุดท้ายของคิว ถ้าหากมีการเพิ่มข้อมูลค่าของ rear จะสามารถวนกลับมาชี้ยังตำแหน่งแรกสุดของคิวได้ดังนั้นคิววงกลมจะสามารถเพิ่มข้อมูลเข้าไปในคิวได้จนกว่าคิวจะเต็มจริง ๆ

3.  คิวที่เรียงลำดับตามความสำคัญ (Priority Queue)

บางครั้งเราพบว่า การเข้ารับบริการ ไม่เป็นไปตามกฎของคิว  เนื่องจากได้รับอภิสิทธิ์ (priority) ให้สามารถเข้ารับบริการก่อนได้ เช่น  ลูกค้าประจำจะได้รับการบริการก่อน ถึงแม้จะเข้ามาทีหลังลูกค้าจรคนอื่นที่คอยอยู่ก็ตาม  หรือในร้านถ่ายเอกสาร ถ้าพนักงานกำลังถ่ายเอกสารให้ลูกค้าคนหนึ่งจำนวน 100 หน้า แล้วมีลูกค้าใหม่มาขอถ่ายเพียงแค่ 2 หน้า พนักงานก็บริการให้ลูกค้าคนใหม่นั้นทันทีใน คิวธรรมดา ข้อมูลที่เข้ามาก่อนจะมีสิทธิ์ออกก่อน (First In First Out : FIFO) อย่างไรก็ตาม มีบางครั้งที่เราต้องยกให้สมาชิกบางประเภทได้ทำงานก่อนทั้งที่มาทีหลัง เช่น การให้คิวงานที่เล็กกว่าได้ทำก่อน หรือการให้สิทธิพิเศษแก่การทำงานบางประเภท

คิวลำดับความสำคัญทำให้เราสามารถประยุกต์ใช้คิวได้ดีขึ้น เนื่องจากเพิ่มการให้ความสำคัญของสมาชิกที่แตกต่างกันส่งผลให้เราสามารถจัดเรียงคิวได้ใหม่ให้เหมาะสมกับการทำงานได้ เราใช้คิวลำดับความสำคัญในการจัดการทำงานการตรวจนับ ในการทำงานกับคิวแบบนี้ ต้องมีค่าอภิสิทธิ์ของแต่ละสมาชิกเก็บไว้ด้วย เพื่อใช้หาตำแหน่งที่อยู่ก่อนหน้าสมาชิกที่มีอภิสิทธิ์ต่ำกว่าและตามหลังสมาชิกที่มีอภิสิทธิ์เท่ากันหรือสูงกว่า

ลักษณะของ Queue

  -  โครงสร้างข้อมูลแบบคิวเป็นโครงสร้างเชิงเส้นและไม่เชิงเส้น

  -  Queue มีทางเข้าและทางออก 2 ทาง

  -  Queue มีการทำงานแบบลำดับ
  -  Queue มีลำดับการทำงานแบบเข้าก่อนออกก่อน (FIFO : First In First Out)

  -  Queue สามารถนำข้อมูลเข้าและนำข้อมูลออกสลับกันได้