JavaScript数据结构与算法实践指南

黑暗之王 2021-05-26 ⋅ 19 阅读

概述

数据结构和算法是计算机科学中的重要主题。无论是开发大型应用程序还是解决问题，了解和掌握数据结构和算法的基础原理都是必不可少的。

在JavaScript中，数据结构和算法是常见的主题。JavaScript提供了丰富的内置数据结构和算法实现，同时也提供了灵活的语法和内置函数，使得我们可以轻松地创建并操作各种数据结构。

本篇博客将介绍一些常见的JavaScript数据结构和算法，并提供相应的实践指南，帮助读者更好地理解和应用这些概念。

数据结构

1. 数组(Array)

数组是JavaScript中最常用的数据结构之一。它可以存储多个元素，并且具有按索引访问元素的能力。JavaScript中的数组是动态的，可以根据需要动态扩容或缩小。

常见的数组操作：

  • 创建数组：let arr = []或let arr = new Array()
  • 添加元素：arr.push(element)或arr[index] = element
  • 删除元素：arr.pop()或delete arr[index]
  • 访问元素：arr[index]

实践例子：

let arr = [1, 2, 3, 4, 5];

// 遍历数组
for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
  console.log(arr[i]);
}

// 添加元素到数组末尾
arr.push(6);

// 删除数组末尾的元素
arr.pop();

// 删除指定索引的元素
delete arr[2];

// 访问数组元素
console.log(arr[0]);

2. 链表(Linked List)

链表是一种使用指针相连的数据结构。它由一系列节点组成，每个节点都包含数据和指向下一个节点的指针。链表可以通过节点之间的链接任意排序。

常见的链表操作：

  • 创建链表：定义一个链表类和节点类
  • 向链表中添加节点：更改节点的指针指向
  • 从链表中删除节点：更改节点的指针指向
  • 查询链表中的节点：遍历链表直到找到目标节点

实践例子：

class Node {
  constructor(data) {
    this.data = data;
    this.next = null;
  }
}

class LinkedList {
  constructor() {
    this.head = null;
  }

  addNode(data) {
    let newNode = new Node(data);

    if (this.head === null) {
      this.head = newNode;
    } else {
      let currentNode = this.head;
      while (currentNode.next) {
        currentNode = currentNode.next;
      }
      currentNode.next = newNode;
    }
  }

  removeNode(data) {
    let currentNode = this.head;
    let previousNode = null;

    if (currentNode.data === data) {
      this.head = currentNode.next;
    } else {
      while (currentNode !== null && currentNode.data !== data) {
        previousNode = currentNode;
        currentNode = currentNode.next;
      }

      if (currentNode !== null) {
        previousNode.next = currentNode.next;
        currentNode = null;
      }
    }
  }

  findNode(data) {
    let currentNode = this.head;

    while (currentNode !== null && currentNode.data !== data) {
      currentNode = currentNode.next;
    }

    return currentNode;
  }
}

let list = new LinkedList();
list.addNode(1);
list.addNode(2);
list.addNode(3);
list.addNode(4);
list.addNode(5);

console.log(list.findNode(3));

list.removeNode(3);

console.log(list);

3. 栈(Stack)

栈是一种遵循“先进后出（LIFO，Last-In-First-Out）”原则的数据结构。在JavaScript中，可以通过数组模拟栈的行为。

常见的栈操作：

  • 创建栈：使用数组创建一个空栈
  • 元素入栈：使用push(element)方法将元素添加到栈顶
  • 元素出栈：使用pop()方法从栈顶移除并返回元素
  • 访问栈顶元素：使用stack[stack.length - 1]

实践例子：

let stack = [];

// 元素入栈
stack.push(1);
stack.push(2);
stack.push(3);

// 元素出栈
stack.pop();

// 访问栈顶元素
console.log(stack[stack.length - 1]);

4. 队列(Queue)

队列是一种遵循“先进先出（FIFO，First-In-First-Out）”原则的数据结构。JavaScript中可以使用数组模拟队列。

常见的队列操作：

  • 创建队列：使用数组创建一个空队列
  • 元素入队：使用push(element)方法将元素添加到队尾
  • 元素出队：使用shift()方法从队头移除并返回元素
  • 访问队头元素：使用queue[0]

实践例子：

let queue = [];

// 元素入队
queue.push(1);
queue.push(2);
queue.push(3);

// 元素出队
queue.shift();

// 访问队头元素
console.log(queue[0]);

算法

1. 排序算法

排序算法是将一组数据按照某种规则重新排列的算法。常见的排序算法有冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序、归并排序等。

以下是快速排序的实现示例：

function quickSort(arr) {
  if (arr.length <= 1) {
    return arr;
  }

  let pivotIndex = Math.floor(arr.length / 2);
  let pivot = arr[pivotIndex];
  let less = [];
  let greater = [];

  for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
    if (i === pivotIndex) {
      continue;
    }

    if (arr[i] < pivot) {
      less.push(arr[i]);
    } else {
      greater.push(arr[i]);
    }
  }

  return [...quickSort(less), pivot, ...quickSort(greater)];
}

let arr = [5, 3, 8, 4, 2, 1];
console.log(quickSort(arr));

2. 搜索算法

搜索算法是根据某种规则在一组数据中查找特定元素的算法。常见的搜索算法有线性搜索、二分搜索、深度优先搜索和广度优先搜索等。

以下是二分搜索的实现示例：

function binarySearch(arr, target) {
  let left = 0;
  let right = arr.length - 1;

  while (left <= right) {
    let middle = Math.floor((left + right) / 2);

    if (arr[middle] === target) {
      return middle;
    } else if (arr[middle] < target) {
      left = middle + 1;
    } else {
      right = middle - 1;
    }
  }

  return -1;
}

let arr = [1, 2, 3, 4, 5];
console.log(binarySearch(arr, 5));

3. 递归算法

递归算法是指在函数体内调用函数本身的算法。它通常用于解决可分解成相同模式的子问题的问题。

以下是计算阶乘的递归算法的实现示例：

function factorial(n) {
  if (n <= 1) {
    return 1;
  }

  return n * factorial(n - 1);
}

console.log(factorial(5));

4. 图算法

图算法是处理图数据结构（由节点和边组成）的算法。常见的图算法有深度优先搜索和广度优先搜索等。

以下是深度优先搜索算法的实现示例：

class Graph {
  constructor() {
    this.vertices = [];
    this.edges = {};
  }

  addVertex(vertex) {
    this.vertices.push(vertex);
    this.edges[vertex] = [];
  }

  addEdge(vertex1, vertex2) {
    this.edges[vertex1].push(vertex2);
    this.edges[vertex2].push(vertex1);
  }

  dfs(startingVertex) {
    let visited = {};
    let result = [];

    const dfsHelper = (vertex) => {
      visited[vertex] = true;
      result.push(vertex);

      for (const neighbor of this.edges[vertex]) {
        if (!visited[neighbor]) {
          dfsHelper(neighbor);
        }
      }
    };

    dfsHelper(startingVertex);

    return result;
  }
}

let graph = new Graph();
graph.addVertex('A');
graph.addVertex('B');
graph.addVertex('C');
graph.addVertex('D');
graph.addEdge('A', 'B');
graph.addEdge('B', 'C');
graph.addEdge('C', 'D');

console.log(graph.dfs('A'));

结语

本篇博客介绍了JavaScript中常见的数据结构和算法，并通过实践例子提供了相应的指南。掌握这些基础知识和技巧对于提高编程能力和解决问题非常重要。希望读者通过本篇博客的学习能够更好地理解和应用JavaScript中的数据结构和算法。


本文来自极简博客，作者：黑暗之王，转载请注明原文链接：JavaScript数据结构与算法实践指南

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