JavaScript版数据结构与算法——基础篇（一）

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各种数据结构和算法～～

本文来自于学习 《JavaScript数据结构与算法(第3版)》 以及网路资料，如有不对请指正。

作为软件开发工作者，可能你听过这么一句话：程序 = 数据结构 + 算法。可见数据结构和算法在我们的编码工作中是非常的重要的。如果我们使用了不恰当的数据结构或者算法，可能会影响我们程序的性能。总之，对于算法和数据结构，我们只需要撸起袖子加油学。

数组

数组——最简单的内存数据结构

数组存储一系列同一种数据类型的值。（ Javascript 中不存在这种限制）

对数据的随机访问，数组是更好的选择，否则几乎可以完全用 「链表」 来代替

在很多编程语言中，数组的长度是固定的，当数组被填满时，再要加入新元素就很困难。Javascript 中数组不存在这个问题。

但是 Javascript 中的数组被实现成了对象，与其他语言相比，效率低下。

数组的一些核心方法

方法 描述
push 方法将一个或多个元素添加到数组的末尾，并返回该数组的新长度。(改变原数组)
pop 方法从数组中删除最后一个元素，并返回该元素的值。(改变原数组)
shift 方法从数组中删除第一个元素，并返回该元素的值，如果数组为空则返回 undefined 。(改变原数组)
unshift 将一个或多个元素添加到数组的开头，并返回该数组的新长度(改变原数组)
concat 连接两个或多个数组，并返回结果（返回一个新数组，不影响原有的数组。）
every 对数组中的每个元素运行给定函数，如果该函数对每个元素都返回 true，则返回 true。若为一个空数组，，始终返回 true。 （不会改变原数组，[].every(callback)始终返回 true）
some 对数组中的每个元素运行给定函数，如果任一元素返回 true，则返回 true。若为一个空数组，，始终返回 false。（不会改变原数组，）
forEach 对数组中的每个元素运行给定函数。这个方法没有返回值，没有办法中止或者跳出 forEach() 循环，除了抛出一个异常（foreach不直接改变原数组，但原数组可能会被 callback 函数该改变。）
map 对数组中的每个元素运行给定函数，返回每次函数调用的结果组成的数组（map不直接改变原数组，但原数组可能会被 callback 函数该改变。）
sort 按照Unicode位点对数组排序，支持传入指定排序方法的函数作为参数（改变原数组）
reverse 方法将数组中元素的位置颠倒，并返回该数组（改变原数组）
join 将所有的数组元素连接成一个字符串
indexOf 返回第一个与给定参数相等的数组元素的索引，没有找到则返回 -1
lastIndexOf 返回在数组中搜索到的与给定参数相等的元素的索引里最大的值，没有找到则返回 -1
slice 传入索引值，将数组里对应索引范围内的元素（浅复制原数组中的元素）作为新数组返回（原始数组不会被改变）
splice 删除或替换现有元素或者原地添加新的元素来修改数组,并以数组形式返回被修改的内容(改变原数组)
toString 将数组作为字符串返回
valueOf 和 toString 类似，将数组作为字符串返回

栈

栈是一种遵循后进先出（LIFO）原则的有序集合，新添加或待删除的元素都保存在栈的同一端，称作栈顶，另一端就叫栈底。在栈里，新元素都靠近栈顶，旧元素都接近栈底。

通俗来讲，就是你向一个桶里放书本或者盘子，你要想取出最下面的书或者盘子，你必须要先把上面的都先取出来。

栈也被用在编程语言的编译器和内存中保存变量、方法调用等，也被用于浏览器历史记录 (浏览器的返回按钮)。

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// 封装栈
    function Stack() {
        // 栈的属性
        this.items = []

        // 栈的操作
        // 1.将元素压入栈
        Stack.prototype.push = function (element) {
            this.items.push(element)
        }
        // 2.从栈中取出元素
        Stack.prototype.pop = function () {
            return this.items.pop()
        }
        // 3.查看栈顶元素
        Stack.prototype.peek = function () {
            return this.items[this.items.length - 1]
        }
        // 4.判断是否为空
        Stack.prototype.isEmpty = function () {
            return this.items.length === 0
        }
        // 5.获取栈中元素的个数
        Stack.prototype.size = function () {
            return this.items.length
        }
        // 6.toString()方法
        Stack.prototype.toString = function () {
            let str = ''
            for (let i = 0; i< this.items.length; i++) {
                str += this.items[i] + ' '
            }
            return str
        }

    }

    // 栈的使用
    let s = new Stack()

队列

队列是遵循先进先出(FIFO，也称为先来先服务)原则的一组有序的项。队列在尾部添加新
元素，并从顶部移除元素。最新添加的元素必须排在队列的末尾。

生活中常见的就是排队

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function Queue() {
        this.items = []
        // 1.将元素加入队列
        Queue.prototype.enqueue = function (element) {
            this.items.push(element)
        }
        // 2.从队列前端删除元素
        Queue.prototype.dequeue = function () {
            return this.items.shift()
        }
        // 3.查看队列前端元素
        Queue.prototype.front = function () {
            return this.items[0]
        }
        // 4.判断是否为空
        Queue.prototype.isEmpty = function () {
            return this.items.length === 0
        }
        // 5.获取队列中元素的个数
        Queue.prototype.size = function () {
            return this.items.length
        }
        // 6.toString()方法
        Queue.prototype.toString = function () {
            let str = ''
            for (let i = 0; i< this.items.length; i++) {
                str += this.items[i] + ' '
            }
            return str
        }
    }
    
    // 队列使用
    let Q = new Queue()

优先级队列：

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function PriorityQueue() {
        function QueueElement(element, priority) {
            this.element = element
            this.priority = priority
        }
        this.items = []

        PriorityQueue.prototype.enqueue = function (element, priority) {
            let queueElement = new QueueElement(element,priority)

            // 判断队列是否为空
            if (this.isEmpty()) {
                this.items.push(queueElement)
            } else {
                let added = false // 如果在队列已有的元素中找到满足条件的，则设为true，否则为false，直接插入队列尾部
                for (let i = 0; i< this.items.length; i++) {
                    // 假设priority值越小，优先级越高，排序越靠前
                    if (queueElement.priority < this.items[i].priority) {
                        this.items.splice(i, 0, queueElement)
                        added = true
                        break
                    }
                }
                if (!added) {
                    this.items.push(queueElement)
                }
            }

        }
        
    }

链表

链表——存储有序的元素集合，但在内存中不是连续放置的。

链表(单向链表)中的元素由存放元素本身「data」 的节点和一个指向下一个「next」 元素的指针组成。**牢记这个特点**

相比数组，链表添加或者移除元素不需要移动其他元素，但是需要使用指针。访问元素每次都需要从表头开始查找。

代码实现:
单向链表

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function LinkedList() {
        function Node(data) {
            this.data = data
            this.next = null

        }
        this.head = null // 表头
        this.length = 0
        // 插入链表
        LinkedList.prototype.append = function (data) {
            // 判断是否是添加的第一个节点
            let newNode = new Node(data)
            if (this.length == 0) {
                this.head = newNode
            } else {
                let current = this.head
                while (current.next) { 
                // 如果next存在，
                // 则当前节点不是链表最后一个
                // 所以继续向后查找
                    current = current.next
                }
                // 如果next不存在
                 // 则当前节点是链表最后一个
                // 所以让next指向新节点即可
                current.next = newNode
            }
            this.length++
        }
        // toString方法
        LinkedList.prototype.toString = function () {
            let current = this.head
            let listString = ''
            while (current) {
                listString += current.data + ' '
                current = current.next
            }
            return listString
        }
         // insert 方法
        LinkedList.prototype.insert = function (position, data) {
            if (position < 0 || position > this.length) return false
            let newNode = new Node(data)
            if (position == 0) {
                newNode.next = this.head
                this.head = newNode
            } else {
                let index = 0
                let current = this.head
                let prev = null
                while (index++ < position) {
                    prev = current
                    current = current.next
                }
                newNode.next = current
                prev.next = newNode
            }
            this.length++
            return true
        }
        // get方法
        LinkedList.prototype.get = function (position) {
            if (position < 0 || position >= this.length) return null
            let index = 0
            let current = this.head
            while (index++ < position){
                current = current.next
            }
            return current.data
        }
        LinkedList.prototype.indexOf = function (data) {
            let index = 0
            let current = this.head
            while (current) {
                if (current.data == data) {
                    return index
                } else {
                    current = current.next
                    index++
                }
            }

            return  -1
        }
        LinkedList.prototype.update = function (position, data) {
            if (position < 0 || position >= this.length) return false
            let index = 0
            let current = this.head
            while (index++ < position) {
                current = current.next
            }
            current.data = data
            return  true
        }
        LinkedList.prototype.removeAt = function (position) {
            if (position < 0 || position >= this.length) return null
            if (position == 0) {
                this.head = this.head.next
            } else {
                let index = 0
                let current = this.head
                let prev = null
                while (index++ < position) {
                    prev = current
                    current = current.next
                }
                prev.next = current.next
            }
            this.length--
            return  true


        }
        LinkedList.prototype.remove = function (data) {
            let postions = this.indexOf(data)

            return this.removeAt(postions)
        }
        
    }

    let list = new LinkedList()

双向链表：包含表头、表尾 和 存储数据的 节点，其中节点包含三部分：一个链向下一个元素的next， 另一个链向前一个元素的prev 和存储数据的 data。**牢记这个特点**

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function doublyLinkedList() {
       this.head = null // 表头：始终指向第一个节点，默认为 null
       this.tail = null // 表尾：始终指向最后一个节点，默认为 null
       this.length = 0 // 链表长度

       function Node(data) {
           this.data = data
           this.prev = null
           this.next = null
       }

       doublyLinkedList.prototype.append = function (data) {
           let newNode = new Node(data)

           if (this.length === 0) {
           // 当插入的节点为链表的第一个节点时
           // 表头和表尾都指向这个节点
               this.head = newNode
               this.tail = newNode
           } else {
           // 当链表中已经有节点存在时
           // 注意tail指向的始终是最后一个节点
           // 注意head指向的始终是第一个节点
           // 因为是双向链表，可以从头部插入新节点，也可以从尾部插入
           // 这里以从尾部插入为例，将新节点插入到链表最后
           // 首先将新节点的 prev 指向上一个节点，即之前tail指向的位置
               newNode.prev = this.tail
           // 然后前一个节点的next（及之前tail指向的节点）指向新的节点
           // 此时新的节点变成了链表的最后一个节点
               this.tail.next = newNode
           // 因为 tail 始终指向的是最后一个节点，所以最后修改tail的指向
               this.tail = newNode
           }
           this.length++
       }
       doublyLinkedList.prototype.toString = function () {
           return this.backwardString()
       }
       doublyLinkedList.prototype.forwardString = function () {
           let current = this.tail
           let str = ''

           while (current) {
               str += current.data + ''
               current = current.prev
           }

           return str
       }
       doublyLinkedList.prototype.backwardString = function () {
           let current = this.head
           let str = ''

           while (current) {
               str += current.data + ''
               current = current.next
           }

           return str
       }

       doublyLinkedList.prototype.insert = function (position, data) {
           if (position < 0 || position > this.length) return false
           let newNode = new Node(data)
           if (this.length === 0) {
               this.head = newNode
               this.tail = newNode
           } else {
               if (position == 0) {
                   this.head.prev = newNode
                   newNode.next = this.head
                   this.head = newNode
               } else if (position == this.length) {
                   newNode.prev = this.tail
                   this.tail.next = newNode
                   this.tail = newNode
               } else {
                   let current = this.head
                   let index = 0
                   while( index++ < position){
                       current = current.next
                   }
                   newNode.next = current
                   newNode.prev = current.prev
                   current.prev.next = newNode
                   current.prev = newNode

               }

           }

           this.length++
           return true
       }
       doublyLinkedList.prototype.get = function (position) {
           if (position < 0 || position >= this.length) return null
           let current = this.head
           let index = 0
           while (index++) {
               current = current.next
           }

           return current.data
       }
       doublyLinkedList.prototype.indexOf = function (data) {
           let current = this.head
           let index = 0
           while (current) {
               if (current.data === data) {
                   return index
               }
               current = current.next
               index++
           }
           return  -1
       }
       doublyLinkedList.prototype.update = function (position, newData) {
           if (position < 0 || position >= this.length) return false
           let current = this.head
           let index = 0
           while(index++ < position){
               current = current.next
           }
           current.data = newData
           return true
       }
       doublyLinkedList.prototype.removeAt = function (position) {
           if (position < 0 || position >= this.length) return null
           let current = this.head
           if (this.length === 1) {
               this.head = null
               this.tail = null
           } else {
               if (position === 0) { // 删除第一个节点
                   this.head.next.prev = null
                   this.head = this.head.next
               } else if (position === this.length - 1) { // 删除最后一个节点
                   this.tail.prev.next = null
                   this.tail = this.tail.prev
               } else {
                   let index = 0
                   while (index++ < position) {
                       current = current.next
                   }
                   current.prev.next = current.next
                   current.next.prev = current.prev
               }
           }
           this.length--
           return current.data
       }
       doublyLinkedList.prototype.remove = function (data) {
           let index = this.indexOf(data)
           return this.removeAt(index)
       }
   }

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