JavaScript数据结构——链表的实现与应用

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  链表用来存储有序的元素集合,与数组不同,链表中的元素未必保处于连续的存储空间内,每个元素由4个多存储元素一种生活 的节点和4个多指向下4个多元素的指针构成。当要移动或删除元素时,只要能 修改相应元素上的指针就都要能 了。对链表元素的操作要比对数组元素的操作时延更高。下面是链表数据型态的示意图:

  要实现链表数据型态,关键在于保存head元素(即链表的头元素)以及每4个多元素的next指针,有这两偏离 朋友就都要能 很方便地遍历链表从而操作所有的元素。都要能 把链表想象成十根锁链,锁链中的每4个多节点要能 相互连接的,朋友我希望找到锁链的头,整条锁链就都都要能 找到了。让朋友来看一下具体的实现土法子。

  首先朋友要能 4个多辅助类,用来描述链表中的节点。你你什儿 类很简单,只要能 4个多属性,4个多用来保存节点的值,4个多用来保存指向下4个多节点的指针。

let Node = function (element) {
    this.element = element;
    this.next = null;
};

  下面是朋友链表类的基本骨架:

class LinkedList {
    constructor() {
        this.length = 0;
        this.head = null;
    }

    append (element) {} // 向链表中加带节点

    insert (position, element) {} // 在链表的指定位置插入节点

    removeAt (position) {} // 删除链表中指定位置的元素,并返回你你什儿



元素的值

    remove (element) {} // 删除链表中对应的元素

    indexOf (element) {} // 在链表中查找给定元素的索引

    getElementAt (position) {} // 返回链表中索引所对应的元素

    isEmpty () {} // 判断链表是是否是为空

    size () {} // 返回链表的长度

    getHead () {} // 返回链表的头元素

    clear () {} // 清空链表

    toString () {} // 辅助土法子,按指定格式输出链表中的所有元素,方便测试验证结果
}

  让朋友从查找链表元素的土法子getElementAt()刚结速,机会上边朋友会多次用到它。

getElementAt (position) {
    if (position < 0 || position >= this.length) return null;

    let current = this.head;
    for (let i = 0; i < position; i++) {
        current = current.next;
    }
    return current;
}

   首先判断参数position的边界值,机会值超出了索引的范围(小于0机会大于length - 1),则返回null。朋友从链表的head刚结速,遍历整个链表直到找到对应索引位置的节点,如果返回你你什儿 节点。是要能 很简单?和所有有序数据集合一样,链表的索引默认从0刚结速,我希望找到了链表的头(好多好多 朋友要能 在LinkedList类中保存head值),如果就都要能 遍历找到索引所在位置的元素。

  有了getElementAt()土法子,接下来朋友就都要能 很方便地实现append()土法子,用来在链表的尾部加带新节点。

append (element) {
    let node = new Node(element);

    // 机会当前链表为空,则将head指向node
    if (this.head === null) this.head = node;
    else {
        // 如果,找到链表尾部的元素,如果加带新元素
        let current = this.getElementAt(this.length - 1);
        current.next = node;
    }

    this.length++;
}

   机会链表的head为null(你你什儿 请况表示链表为空),则直接将head指向新加带的元素。如果,通过getElementAt()土法子找到链表的最后4个多节点,将该节点的next指针指向新加带的元素。新加带的元素的next指针默认为null,链表最后4个多元素的next值为null。将节点挂到链表上完后 ,未必忘记将链表的长度加1,朋友要能 通过length属性来记录链表的长度。

  接下来朋友要实现insert()土法子,都要能 在链表的任意位置加带节点。

insert (position, element) {
    // position没法超出边界值
    if (position < 0 || position > this.length) return false;

    let node = new Node(element);

    if (position === 0) {
        node.next = this.head;
        this.head = node;
    }
    else {
        let previous = this.getElementAt(position - 1);
        node.next = previous.next;
        previous.next = node;
    }

    this.length++;
    return true;
}

  首先也是要判断参数position的边界值,没法越界。当position的值为0时,表示要在链表的头部插入新节点,对应的操作如下图所示。将新插入节点的next指针指向现在的head,如果更新head的值为新插入的节点。

  机会要插入的节点在链表的上边机会尾部,对应的操作如下图。假设链表长度为3,要在位置2插入新节点,朋友首先找到位置2的前4个多节点previous node,将新节点new node的next指针指向previous node的next所对应的节点,如果再将previous node的next指针指向new node,原本就把新节点挂到链表中了。考虑一下,当插入的节点在链表的尾部,你你什儿 请况也是适用的。而机会链表为空,即链表的head为null,则参数position会超出边界条件,从而insert()土法子会直接返回false。

  最后,别忘了更新length属性的值,将链表的长度加1。

  按照相同的土法子,朋友都要能 很容易地写出removeAt()土法子,用来删除链表中指定位置的节点。

removeAt (position) {
    // position没法超出边界值
    if (position < 0 || position >= this.length) return null;

    let current = this.head;

    if (position === 0) this.head = current.next;
    else {
        let previous = this.getElementAt(position - 1);
        current = previous.next;
        previous.next = current.next;
    }

    this.length--;
    return current.element;
}

   下面两张示意图说明了从链表头部和其它位置删除节点的请况。

  机会要删除的节点为链表的头部,只要能 将head移到下4个多节点即可。机会当前链表只4个多多节点,没法下4个多节点为null,此时将head指向下4个多节点等同于将head设置成null,删除完后 链表为空。机会要删除的节点在链表的上边偏离 ,朋友要能 找出position所在位置的前4个多节点,将它的next指针指向position所在位置的下4个多节点。总之,删除节点只要能 修改相应节点的指针,使断开位置左右相邻的节点重新连接上。被删除的节点机会再也没法其它偏离 的引用而被丢弃在内存中,等待垃圾回收器来清除。有关JavaScript垃圾回收器的工作原理,都要能 查看这里。

  最后,别忘了将链表的长度减1。

  下面朋友来看看indexOf()土法子,该土法子返回给定元素在链表中的索引位置。

indexOf (element) {
    let current = this.head;

    for (let i = 0; i < this.length; i++) {
        if (current.element === element) return i;
        current = current.next;
    }

    return -1;
}

  朋友从链表的头部刚结速遍历,直到找到和给定元素相同的元素,如果返回对应的索引号。机会没法找到对应的元素,则返回-1。

  链表类中的其它土法子都比较简单,就不再分部讲解了,下面是详细的链表类的代码:

   在isEmpty()土法子中,朋友都要能 根据length是是否是为0来判断链表是是否是为空,当然也都要能 根据head是是否是为null来进行判断,前提是所有涉及到链表节点加带和移除的土法子要能 正确地更新length和head。toString()土法子好多好多 我为了方便测试而编写的,朋友来看看有几个测试用例:

let linkedList = new LinkedList();
linkedList.append(10);
linkedList.append(15);
linkedList.append(20);

console.log(linkedList.toString());

linkedList.insert(0, 9);
linkedList.insert(2, 11);
linkedList.insert(5, 25);
console.log(linkedList.toString());

console.log(linkedList.removeAt(0));
console.log(linkedList.removeAt(1));
console.log(linkedList.removeAt(3));
console.log(linkedList.toString());

console.log(linkedList.indexOf(20));

linkedList.remove(20);

console.log(linkedList.toString());

linkedList.clear();
console.log(linkedList.size());

  下面是执行结果:

双向链表

  上边链表中每4个多元素只4个多多next指针,用来指向下4个多节点,原本的链表称之为单向链表,朋友没法从链表的头部刚结速遍历整个链表,任何4个多节点没法找到它的下4个多节点,而没法找到它的上4个多节点。双向链表中的每4个多元素拥4个多多指针,4个多用来指向下4个多节点,4个多用来指向上4个多节点。在双向链表中,除了都要能 像单向链表一样从头部刚结速遍历之外,还都要能 从尾部进行遍历。下面是双向链表的数据型态示意图:

  机会双向链表具有单向链表的所有型态,如果朋友的双向链表类都要能 继承自前面的单向链表类,不过辅助类Node要能 加带4个多prev属性,用来指向前4个多节点。

let Node = function (element) {
    this.element = element;
    this.next = null;
    this.prev = null;
};

  下面是继承自LinkedList类的双向链表类的基本骨架:

class DoubleLinkedList extends LinkedList {
    constructor() {
        super();
        this.tail = null;
    }
}

   先来看看append()土法子的实现。当链表为空时,除了要将head指向当前加带的节点外,要能 将tail也指向当要能 加带的节点。当链表不为空时,直接将tail的next指向当要能 加带的节点node,如果修改node的prev指向旧的tail,最后修改tail为新加带的节点。朋友太久能 从头刚结速遍历整个链表,而通过tail都要能 直接找到链表的尾部,你你什儿 点比单向链表的操作要更方便。最后将length的值加1,修改链表的长度。

append (element) {
    let node = new Node(element);

    // 机会链表为空,则将head和tail都指向当前加带的节点
    if (this.head === null) {
        this.head = node;
        this.tail = node;
    }
    else {
        // 如果,将当前节点加带到链表的尾部
        this.tail.next = node;
        node.prev = this.tail;
        this.tail = node;
    }

    this.length++;
}

   机会双向链表都要能 从链表的尾部往前遍历,好多好多 朋友修改了getElementAt()土法子,对基类中单向链表的土法子进行了改写。当要查找的元素的索引号大于链表长度的一时分 ,从链表的尾部刚结速遍历。

getElementAt (position) {
    if (position < 0 || position >= this.length) return null;

    // 从后往前遍历
    if (position > Math.floor(this.length / 2)) {
        let current = this.tail;
        for (let i = this.length - 1; i > position; i--) {
            current = current.prev;
        }
        return current;
    }
    // 原本往后遍历
    else {
        return super.getElementAt(position);
    }
}

  有一种生活 遍历土法子,原本往后遍历调用的是基类单向链表里的土法子,从后往前遍历要能 用到节点的prev指针,用来查找前4个多节点。

  朋友并肩还要能 修改insert()和removeAt()你你什儿 个土法子。记住,与单向链表唯一的区别好多好多 我要并肩维护head和tail,以及每4个多节点上的next和prev指针。

insert (position, element) {
    if (position < 0 || position > this.length) return false;

    // 插入到尾部
    if (position === this.length) this.append(element);
    else {
        let node = new Node(element);

        // 插入到头部
        if (position === 0) {
            if (this.head === null) {
                this.head = node;
                this.tail = node;
            }
            else {
                node.next = this.head;
                this.head.prev = node;
                this.head = node;
            }
        }
        // 插入到上边位置
        else {
            let current = this.getElementAt(position);
            let previous = current.prev;
            node.next = current;
            node.prev = previous;
            previous.next = node;
            current.prev = node;
        }
    }

    this.length++;
    return true;
}

removeAt (position) {
    // position没法超出边界值
    if (position < 0 || position >= this.length) return null;

    let current = this.head;
    let previous;

    // 移除头部元素
    if (position === 0) {
        this.head = current.next;
        this.head.prev = null;
        if (this.length === 1) this.tail = null;
    }
    // 移除尾部元素
    else if (position === this.length - 1) {
        current = this.tail;
        this.tail = current.prev;
        this.tail.next = null;
    }
    // 移除上边元素
    else {
        current = this.getElementAt(position);
        previous = current.prev;
        previous.next = current.next;
        current.next.prev = previous;
    }

    this.length--;
    return current.element;
}

  操作过程中要能 判断如果 特殊请况,同类链表的头和尾,以及当前链表是是否是为空等等,如果线程池池机会会在如果 特殊请况下导致 越界和报错。下面是4个多详细的双向链表类的代码:

  朋友重写了toString()土法子以方便更加清楚地查看测试结果。下面是如果 测试用例:

let doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.append(10);
doubleLinkedList.append(15);
doubleLinkedList.append(20);
doubleLinkedList.append(25);
doubleLinkedList.append(400);
console.log(doubleLinkedList.toString());
console.log(doubleLinkedList.getElementAt(1).element);
console.log(doubleLinkedList.getElementAt(2).element);
console.log(doubleLinkedList.getElementAt(3).element);

doubleLinkedList.insert(0, 9);
doubleLinkedList.insert(4, 24);
doubleLinkedList.insert(7, 35);
console.log(doubleLinkedList.toString());

console.log(doubleLinkedList.removeAt(0));
console.log(doubleLinkedList.removeAt(1));
console.log(doubleLinkedList.removeAt(5));
console.log(doubleLinkedList.toString());

  对应的结果如下:

[element: 10, prev: null, next: 15] [element: 15, prev: 10, next: 20] [element: 20, prev: 15, next: 25] [element: 25, prev: 20, next: 400] [element: 400, prev: 25, next: null] 
15
20
25
[element: 9, prev: null, next: 10] [element: 10, prev: 9, next: 15] [element: 15, prev: 10, next: 20] [element: 20, prev: 15, next: 24] [element: 24, prev: 20, next: 25] [element: 25, prev: 24, next: 400] [element: 400, prev: 25, next: 35] [element: 35, prev: 400, next: null] 
9
15
400
[element: 10, prev: null, next: 20] [element: 20, prev: 10, next: 24] [element: 24, prev: 20, next: 25] [element: 25, prev: 24, next: 35] [element: 35, prev: 25, next: null] 

 循环链表

  顾名思义,循环链表的尾部指向它当事人的头部。循环链表都要能 有单向循环链表,也都要能 有双向循环链表。下面是单向循环链表和双向循环链表的数据型态示意图:

  在实现循环链表时,要能 确保最后4个多元素的next指针指向head。下面是单向循环链表的详细代码:

  单向循环链表的测试用例:

let circularLinkedList = new CircularLinkedList();
circularLinkedList.append(10);
circularLinkedList.append(15);
circularLinkedList.append(20);

console.log(circularLinkedList.toString());

circularLinkedList.insert(0, 9);
circularLinkedList.insert(3, 25);
console.log(circularLinkedList.toString());

console.log(circularLinkedList.removeAt(0));
console.log(circularLinkedList.toString());

  对应的测试结果:

  下一章朋友将介绍怎么还上能用JavaScript来实现集合你你什儿 数据型态。