Clojure 中的不可变队列答案

【问题标题】：Immutable queue in ClojureClojure 中的不可变队列
【发布时间】：2011-03-09 08:45:18
【问题描述】：

在 Clojure 中获取简单、高效的不可变队列数据类型的最佳方法是什么？

它只需要两个操作，通常语义的入队和出队。

我当然考虑过列表和向量，但我知道它们在结尾和开头的修改分别具有相对较差的性能（即 O(n) 或更差） - 所以不适合队列！

理想情况下，我想要一个适当的持久数据结构，其 O(log n) 用于入队和出队操作。

【问题讨论】：

为了避免有人写关于如何使用 cons 列表来实现 push/pop 堆栈（就像我几乎所做的那样），不要忘记关于 queues 的问题。 :-)
刚刚注意到在最新的 1.2 快照 Clojure Java 源代码中有一个名为 PersistentQueue 的类....可能是我自己问题的答案
它从那以后就一直存在（刚刚检查了 1.1，但我认为它比那更旧）。请注意，默认情况下没有提供工厂函数或阅读器语法；使用clojure.lang.PersistentQueue/EMPTY 获取一个空实例。然后conj、pop 和peek 按他们应该的方式处理队列。参见例如我对这个问题的回答：stackoverflow.com/questions/2760017 一些用c.l.PQ 和Java 的LinkedBlockingQueue 编写的代码。
酷，谢谢米哈尔！我想我一开始错过了它，因为 API 中没有简单的“队列”构造函数。也许我应该提交一个补丁:-)
PersistentQueue 确实是 Clojure 更严密保护的秘密之一。 ;-) 关于可能的与队列相关的 API 增强功能，请参阅 Clojure Dev 上的此线程：groups.google.com/group/clojure-dev/browse_thread/thread/… 请注意，现在这可能是一个非常低优先级的问题，新数字和所有...

标签： algorithm data-structures clojure queue immutability

【解决方案1】：

问题已解决 - 为其他可能觉得有用的人提供解决方案。

我发现 Clojure 有 clojure.lang.PersistentQueue 类可以满足需要。

你可以像这样创建一个实例：

(def x (atom clojure.lang.PersistentQueue/EMPTY))

据我所知，您目前需要使用 Java 互操作来创建实例，但正如 Michal 有用地指出的那样，您随后可以使用 peek、pop 和 conj。

【讨论】：

PersistentQueue 确实是您的最佳选择。为了将来参考，这里有一个总结了 clojure 数据结构的性能特征/保证的表格：innoq.com/blog/st/2010/04/clojure_performance_guarantees.html
@raxod502 在这种情况下使用原子有什么问题吗？
@dgellow 根据我的理解，在函数式编程语言中使用原子是一个不好的迹象，除非有充分的理由——一切通常都应该是不可变的。
@RadonRosborough，...但是，在 Var 中放置一个原子绝对比改变 Var 本身更好。 Which is to say, if you're going to use def (which isn't always necessary, granted!) to put a name to something other than a constant, then an appropriately-chosen reference type 通常是与之关联的正确事物。
@CharlesDuffy 你当然是对的。我发表评论的唯一原因是因为问题中没有任何内容表明需要 STM 或可变状态，所以我发现答案使用 atom 没有明显原因很奇怪。

【解决方案2】：

我使用下面的函数queue 来创建一个PersistentQueue。如果要打印和读取队列，您可能需要一个打印方法和一个数据读取器。

已经为 PersistentQueue 实现了常用的 Clojure 函数。

偷看——拿到头
pop -- 返回一个没有头部的新 PersistentQueue
conj -- 将项目添加到尾部
为空？ -- 如果为空则为真
seq -- 内容为序列（列表）


    (defn queue
      ([] clojure.lang.PersistentQueue/EMPTY)
      ([coll] (reduce conj clojure.lang.PersistentQueue/EMPTY coll)))

    (defmethod print-method clojure.lang.PersistentQueue
      [q ^java.io.Writer w]
      (.write w "#queue ")
      (print-method (sequence q) w))

    (comment
       (let [*data-readers* {'queue #'queue}]
         (read-string (pr-str (queue [1 2 3])))))

【讨论】：

【解决方案3】：

Clojure 确实可以从队列文字中受益。这将比依赖 Java 互操作更简洁（并且更便携）。

但是，滚动您自己的便携式持久队列并不难，只需使用列表等普通家居用品。

将队列视为两个列表，一个提供队列的头部，另一个提供尾部。 enqueue 添加到第一个列表，dequeue 从后者弹出。大多数ISeq 函数都是简单实现的。

可能唯一棘手的部分是当尾部为空并且您想要dequeue 时会发生什么。在这种情况下，头部列表为reversed 并成为新的尾部，空列表成为新的头部列表。我相信，即使有 reverse 的开销，enqueue 和 dequeue 仍然是 O(1)，尽管 k 当然会高于普通向量。

快乐queueing！

【讨论】：