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,链表中的元素不须保存在连续的存储空间内,每个元素由一一个存储元素這個 的节点和一一个指向下一一个元素的指针构成。当要移动或删除元素时,只都要修改相应元素上的指针就可不可以了。对链表元素的操作要比对数组元素的操作速率单位单位更高。下面是链表数据特性的示意图:

  要实现链表数据特性,关键在于保存head元素(即链表的头元素)以及每一一个元素的next指针,有这两每种大伙就可不可以很方便地遍历链表从而操作所有的元素。可不可以把链表想象成每根锁链,锁链中的每一一个节点完整版都是相互连接的,大伙就说 我 找到锁链的头,整条锁链就都可不可以找到了。让大伙来看一下具体的实现妙招。

  首先大伙都要一一个辅助类,用来描述链表中的节点。這個 类很简单,只都要一一个属性,一一个用来保存节点的值,一一个用来保存指向下一一个节点的指针。

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

  下面是大伙链表类的基本骨架:

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

    append (element) {} // 向链表中添加节点

    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,并返回這個



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

  让大伙从查找链表元素的妙招getElementAt()开始英文,原困 着里面大伙会多次用到它。

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,原困 着值超出了索引的范围(小于0原困 着大于length - 1),则返回null。大伙从链表的head开始英文,遍历整个链表直到找到对应索引位置的节点,并且返回這個 节点。是完整版都是很简单?和所有有序数据集合一样,链表的索引默认从0开始英文,就说 我 找到了链表的头(太满大伙都要在LinkedList类中保存head值),并且就可不可以遍历找到索引所在位置的元素。

  有了getElementAt()妙招,接下来大伙就可不可以很方便地实现append()妙招,用来在链表的尾部添加新节点。

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

    // 原困

着当前链表为空,则将head指向node
    if (this.head === null) this.head = node;
    else {
        // 并且,找到链表尾部的元素,并且添加新元素
        let current = this.getElementAt(this.length - 1);
        current.next = node;
    }

    this.length++;
}

   原困 着链表的head为null(這個 状态表示链表为空),则直接将head指向新添加的元素。并且,通过getElementAt()妙招找到链表的最后一一个节点,将该节点的next指针指向新添加的元素。新添加的元素的next指针默认为null,链表最后一一个元素的next值为null。将节点挂到链表上一一个,不须忘记将链表的长度加1,大伙都要通过length属性来记录链表的长度。

  接下来大伙要实现insert()妙招,可不可以在链表的任意位置添加节点。

insert (position, element) {
    // position不用

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,不用 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,并且更新head的值为新插入的节点。

  原困 着要插入的节点在链表的里面原困 着尾部,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,大伙首先找到位置2的前一一个节点previous node,将新节点new node的next指针指向previous node的next所对应的节点,并且再将previous node的next指针指向new node,一一个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,這個 状态也是适用的。而原困 着链表为空,即链表的head为null,则参数position会超出边界条件,从而insert()妙招会直接返回false。

  最后,别忘了更新length属性的值,将链表的长度加1。

  按照相同的妙招,大伙可不可以很容易地写出removeAt()妙招,用来删除链表中指定位置的节点。

removeAt (position) {
    // position不用

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状态。

  原困 着要删除的节点为链表的头部,只都要将head移到下一一个节点即可。原困 着当前链表不用 一一个节点,如此 下一一个节点为null,此时将head指向下一一个节点等同于将head设置成null,删除一一个链表为空。原困 着要删除的节点在链表的里面每种,大伙都要找出position所在位置的前一一个节点,将它的next指针指向position所在位置的下一一个节点。总之,删除节点只都要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。被删除的节点原困 着再也如此 其它每种的引用而被丢弃在内存中,停留垃圾回收器来清除。有关JavaScript垃圾回收器的工作原理,可不可以查看这里。

  最后,别忘了将链表的长度减1。

  下面大伙来看看indexOf()妙招,该妙招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;
}

  大伙从链表的头部开始英文遍历,直到找到和给定元素相同的元素,并且返回对应的索引号。原困 着如此 找到对应的元素,则返回-1。

  链表类中的其它妙招都比较简单,就不再分部讲解了,下面是完整版的链表类的代码:

   在isEmpty()妙招中,大伙可不可以根据length是否是为0来判断链表是否是为空,当然不用 否根据head是否是为null来进行判断,前提是所有涉及到链表节点添加和移除的妙招完整版都是正确地更新length和head。toString()妙招并且为了方便测试而编写的,大伙来看看哪几个测试用例:

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

  里面链表中每一一个元素不用 一一个next指针,用来指向下一一个节点,一一个的链表称之为单向链表,大伙不用 从链表的头部开始英文遍历整个链表,任何一一个节点不用 找到它的下一一个节点,而不用 找到它的上一一个节点。双向链表中的每一一个元素拥有一一个指针,一一个用来指向下一一个节点,一一个用来指向上一一个节点。在双向链表中,除了可不可以像单向链表一样从头部开始英文遍历之外,还可不可以从尾部进行遍历。下面是双向链表的数据特性示意图:

  原困 着双向链表具有单向链表的所有特性,并且大伙的双向链表类可不可以继承自前面的单向链表类,不过辅助类Node都要添加一一个prev属性,用来指向前一一个节点。

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()妙招的实现。当链表为空时,除了要将head指向当前添加的节点外,都要将tail也指向当都要添加的节点。当链表不为空时,直接将tail的next指向当都要添加的节点node,并且修改node的prev指向旧的tail,最后修改tail为新添加的节点。大伙不都要从头开始英文遍历整个链表,而通过tail可不可以直接找到链表的尾部,這個 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);

    // 原困

着链表为空,则将head和tail都指向当前添加的节点
    if (this.head === null) {
        this.head = node;
        this.tail = node;
    }
    else {
        // 并且,将当前节点添加到链表的尾部
        this.tail.next = node;
        node.prev = this.tail;
        this.tail = node;
    }

    this.length++;
}

   原困 着双向链表可不可以从链表的尾部往前遍历,太满大伙修改了getElementAt()妙招,对基类中单向链表的妙招进行了改写。当要查找的元素的索引号大于链表长度的一九时 ,从链表的尾部开始英文遍历。

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;
    }
    // 一一个往后遍历
    else {
        return super.getElementAt(position);
    }
}

  有這個 遍历妙招,一一个往后遍历调用的是基类单向链表里的妙招,从后往前遍历都要用到节点的prev指针,用来查找前一一个节点。

  大伙一起去还都要修改insert()和removeAt()這個 一个妙招。记住,与单向链表唯一的区别并且要一起去维护head和tail,以及每一一个节点上的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;
            }
        }
        // 插入到里面位置
        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不用

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;
    }
    // 移除里面元素
    else {
        current = this.getElementAt(position);
        previous = current.prev;
        previous.next = current.next;
        current.next.prev = previous;
    }

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

  操作过程中都要判断這個 特殊状态,這個 链表的头和尾,以及当前链表是否是为空等等,并且进程原困 着会在這個 特殊状态下原困 越界和报错。下面是一一个完整版的双向链表类的代码:

  大伙重写了toString()妙招以方便更加清楚地查看测试结果。下面是這個 测试用例:

let doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.append(10);
doubleLinkedList.append(15);
doubleLinkedList.append(20);
doubleLinkedList.append(25);
doubleLinkedList.append(1000);
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: 1000] [element: 1000, 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: 1000] [element: 1000, prev: 25, next: 35] [element: 35, prev: 1000, next: null] 
9
15
1000
[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。循环链表可不可以有单向循环链表,不用 是是否是双向循环链表。下面是单向循环链表和双向循环链表的数据特性示意图:

  在实现循环链表时,都要确保最后一一个元素的next指针指向head。下面是单向循环链表的完整版代码:

  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:

  下一章大伙将介绍如保用JavaScript来实现集合這個 数据特性。