[자료구조/선형구조]큐

Queue란?

• Definition
  • 줄을 서서 기다리다, 대기행렬

톨게이트는 Queue 자료구조 / 자동차는 Data

가장 먼저 진입한 자동차가 가장 먼저 톨게이트를 통과합니다. 가장 나중에 진입한 자동차는 먼저 도착한 자동차가 모두 빠져나가기 전까지는 톨게이트를 빠져나갈 수 없습니다.

• Stack과 반대되는 개념으로, FIFO(First In First Out)/LILO(Last In Last Out)의 특징을 가짐
• 티켓을 사려고 줄을 서서 기다리는 모습과 흡사한 이 자료구조는 입력과 출력의 방향이 고정되어 있으며, 두 곳으로 접근이 가능합니다.
• Queue에 데이터를 넣는 것을 ‘enqueue’, 데이터를 꺼내는 것을 ‘dequeue’라고 합니다.
• 데이터가 입력된 순서대로 처리할 때 주로 사용!

큐의 성질

1. 원소의 추가 → O(1)
2. 원소의 제거 → O(1)
3. 제일 앞/뒤의 원소 확인 → O(1)
4. 제일 앞/뒤가 아닌 나머지 원소들의 확인/변경이 원칙적으로 불가능

구현

const int MX=1000005;
int dat[MX];
int head=0, tail=0; //head는 가장 앞에 있는 원소의 인덱스, tail은 가장 뒤에 있는 원소의 인덱스 +1
//이 때 큐의 크기는 tail-head

• Push 함수

front()는 제일 앞에 위치한 원소 반환, back()은 제일 뒤에 위치한 원소 반환

 

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Queue의 특징

• FIFO (First In First Out)
  • 먼저 들어간 데이터가 제일 처음에 나오는 선입선출의 구조

예1) 1, 2, 3, 4를 큐에 차례대로 넣습니다.

						queue.enqueue(데이터)
출력 방향 <---------------------------< 입력 방향
			 1 <- 2 <- 3 <- 4
들어간 순서대로, 1번이 제일 먼저 들어가고 4번이 마지막으로 들어가게 됩니다.

예2) 큐가 빌 때까지 데이터를 전부 빼냅니다.

						queue.dequeue(데이터)
출력 방향 <---------------------------< 입력 방향
		1, 2, 3, 4
제일 첫 번째 있는 데이터부터 차례대로 나오게 됩니다.

• 데이터는 하나씩 넣고 뺄 수 있습니다.
  • Queue 자료구조는 데이터가 아무리 많이 있어도 하나씩 데이터를 넣고 & 뺍니다.
  • 한꺼번에 여러 개를 넣거나 뺄 수 없습니다.
• 두 개의 입출력 방향을 가지고 있습니다.
  • Queue 자료구조는 데이터의 입력, 출력 방향이 다릅니다.
  • 만약 입출력 방향이 같다면 Queue 자료구조라고 볼 수 없습니다.

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Queue의 실사용 예제

컴퓨터와 연결된 프린터에서 여러 문서를 순서대로 인쇄할 때
1. 우리가 문서를 작성하고 출력 버튼을 누르면 해당 문서는 인쇄 작업(임시 기억 장치의) Queue에 들어갑니다.
2. 프린터는 인쇄 작업 Queue에 들어온 문서를 순서대로 인쇄합니다.

컴퓨터(출력 버튼) - (임시 기억 장치의)Queue에 하나씩 들어옴 - Queue에 들어온 문서를 순서대로 인쇄

컴퓨터 장치들 사이에서 데이터를 주고받을 때, 각 장치 사이에 존재하는 속도의 차이나 시간 차이를 극복하기 위해 임시 기억 장치의 자료구조로 Queue를 사용합니다. 이것을 통틀어 버퍼(buffer)라고 합니다.

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Buffering (버퍼링)

대부분의 컴퓨터 장치에서 발생하는 이벤트는 파동 그래프와 같이 불규칙적으로 발생합니다.

이에 비해 CPU와 같이 발생한 이벤트를 처리하는 장치는 일정한 처리 속도를 갖습니다.

불규칙적으로 발생한 이벤트를 규칙적으로 처리하기 위해 버퍼(buffer)를 사용합니다.

컴퓨터와 프린터 사이의 데이터(data) 통신을 정리하면 다음과 같습니다.
- 일반적으로 프린터는 속도가 느립니다.
- CPU는 프린터와 비교하여, 데이터를 처리하는 속도가 빠릅니다.
- 따라서, CPU는 빠른 속도로 인쇄에 필요한 데이터(data)를 만든 다음, 인쇄 작업 Queue에 저장하고 다른 작업을 수행합니다.
- 프린터는 인쇄 작업 Queue에서 데이터(data)를 받아 일정한 속도로 인쇄합니다.

유튜브와 같은 동영상 스트리밍 앱을 통해 동영상을 시청할 때, 다운로드 된 데이터(data)가 영상을 재생하기에 충분하지 않은 경우가 있습니다. 이때 동영상을 정상적으로 재생하기 위해 Queue에 모아 두었다가 동영상을 재생하기에 충분한 양의 데이터가 모였을 때 동영상을 재생합니다.

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Using Queue as JavaScript Array

// const array = new Array() 미리 정의된 Array 객체를 사용합니다.
const queue = [];

queue.push(1); // [1]
queue.push(2); // [1, 2]
queue.push(3); // [1, 2, 3]
queue.push(4); // [1, 2, 3, 4]
queue.push(5); // [1, 2, 3, 4, 5]

console.log(queue); // [1, 2, 3, 4, 5]

queue.shift(); // [2, 3, 4, 5]
queue.shift(); // [3, 4, 5]

console.log(queue); // [3, 4, 5]