JS数据结构
数据结构：计算机存储、组织数据的方式，数据结构意味着接口或封装：一个数据结构可被视为两个函数之间的接口，或者是由数据类型联合组成的存储内容的访问方法封装
常见的数据结构：
数组是最简单的内存数据结构
2、栈（Stack）
栈是一种遵循后进先出（LIFO）原则的有序集合。新添加的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，新元素都接近栈顶，旧元素都接近栈底。
栈常用的有以下几个方法：
1、push 添加一个（或几个）新元素到栈顶
2、pop 溢出栈顶元素，同时返回被移除的元素
3、peek 返回栈顶元素，不对栈做修改
4、isEmpty` 栈内无元素返回 `true`，否则返回 `false
5、size 返回栈内元素个数
6、clear 清空栈
class Stack {
constructor() {
this.stackList = []; // 储存数据
}
// 向栈内压入一个元素
push(item) {
this.stackList.push(item);
}
// 把栈顶元素弹出
pop() {
return this.stackList.pop();
}
// 返回栈顶元素
peek() {
return this.stackList[this.stackList.length - 1];
}
// 判断栈是否为空
isEmpty() {
return !this.stackList.length;
}
// 栈元素个数
size() {
return this.stackList.length;
}
// 清空栈
clear() {
this.stackList = [];
}
}
总结：栈仅仅只是对原有数据进行了一次封装而已。而封装的结果是：并不去关心其内部的元素是什么，只是去操作栈顶元素
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，向队列的后端位置添加实体，称为入队（enqueue)，并从队列的前端位置移除实体，称为出队(dequeue)
队列常用的有以下几个方法：
1、enqueue 向队列尾部添加一个(或多个)新的项
2、dequeue 移除队列的第一(即排在队列最前面的)项，并返回被移除的元素
3、head 返回队列第一个元素，队列不做任何变动
4、tail 返回队列最后一个元素，队列不做任何变动
5、isEmpty` 队列内无元素返回 `true`，否则返回 `false
6、size 返回队列内元素个数
7、clear 清空队列
class Queue {
constructor() {
this.queueList = [];
}
// 向队列尾部添加一个(或多个)新的项
enqueue(item) {
this.queueList.push(item);
}
// 移除队列的第一(即排在队列最前面的)项
dequeue() {
return this.queueList.shift();
}
// 返回队列第一个元素
head() {
return this.queueList[0];
}
// 返回队列最后一个元素
tail() {
return this.queueList[this.queueList.length - 1];
}
// 队列是否为空
isEmpty() {
return !this.queueList.length;
}
// 返回队列内元素个数
size() {
return this.queueList.length;
}
// 清空队列
clear() {
this.queueList = [];
}
}
总结：栈仅能操作其头部，队列则首尾均能操作，但仅能在头部出尾部进，栈和队列并不关心其内部元素细节，也无法直接操作非首尾元素
4、链表（Linked List）
链表分为单向链表和双向链表，数组的插入以及删除都有可能会是一个O(n)的操作。从而就引出了链表这种数据结构，链表不要求逻辑上相邻的元素在物理位置上也相邻，因此它没有顺序存储结构所具有的缺点，当然它也失去了数组在一块连续空间内随机存取的优点
单向链表
单向链表的特点：
-
用一组任意的内存空间去存储数据元素（这里的内存空间可以是连续的，也可以是不连续的）
-
每个节点(node)都由数据本身和一个指向后续节点的指针组成
-
整个链表的存取必须从头指针开始，头指针指向第一个节点
-
最后一个节点的指针指向空（NULL）
// 初始化节点
class ListNode {
constructor(key) {
this.next = null;
this.key = key;
}
}
// 初始化单向链表
class List {
constructor() {
this.head = null;
this.length = 0;
}
static createNode(key) {
return new ListNode(key);
}
// 往头部插入数据
insert(node) {
// 如果head后面有指向的节点
if (this.head) {
node.next = this.head;
} else {
node.next = null;
}
this.head = node;
this.length++;
}
// 搜索节点从head开始查找 找到节点中的key等于想要查找的key的时候，返回该节点
find(key) {
let node = this.head;
while (node !== null && node.key !== key) {
node = node.next;
}
return node;
}
delete(node) {
if (this.length === 0) {
throw 'node is undefined';
}
// 所要删除的节点刚好是第一个
if (node === this.head) {
this.head = node.next;
this.length--;
return;
}
let prevNode = this.head;
while (prevNode.next !== node) {
prevNode = prevNode.next;
}
// 要删除的节点为最后一个节点
if (node.next === null) {
prevNode.next = null;
}
// 在列表中间删除某个节点
if (node.next) {
prevNode.next = node.next;
}
this.length--;
}
}
双向链表
双向链表多了一个指向上一个节点的指针 ！！！
// 初始化节点
class ListNode {
constructor(key) {
// 指向前一个节点
this.prev = null;
// 指向后一个节点
this.next = null;
// 节点的数据(或者用于查找的键)
this.key = key;
}
}
// 双向链表
class List {
constructor() {
this.head = null;
}
static createNode(key) {
return new ListNode(key);
}
// 插入
insert(node) {
node.prev = null;
node.next = this.head;
if (this.head) {
this.head.prev = node;
}
this.head = node;
}
// 搜索节点
find(key) {
let node = this.head;
while (node !== null && node.key !== key) {
node = node.next;
}
return node;
}
// 删除节点
delete(node) {
const { prev, next } = node;
delete node.prev;
delete node.next;
// 删除的是第一个节点
if (node === this.head) {
this.head = next;
}
// 删除的是中间的某个节点
if (prev) {
prev.next = next;
}
// 删除的是最后一个节点
if (next) {
next.prev = prev;
}
}
}
总结：链表可以理解为有一个head，然后在有好多的节点(Node)，用一个指针把他们串起来，至于里面的插入操作也好，删除也好，其实都是在调整节点中指针的指向。
5、树（Tree）
二叉树
二叉树中的节点最多只能有两个子节点：一个是左侧子节点，另一个是右侧子节点
二叉搜索树（BST）是二叉树的一种，但是它只允许你在左侧节点存储（比父节点）小的值，在右侧节点存储（比父节点）大（或者等于）的值
function BinarySearchTree() {
var Node = function(key){
this.key = key;
this.left = null;
this.right = null;
};
var root = null;
// 向树中插入一个新的键
this.insert = function(key){
var newNode = new Node(key);
// special case - first element
if (root === null){
root = newNode;
} else {
insertNode(root,newNode);
}
};
var insertNode = function(node, newNode){
if (newNode.key < node.key){
if (node.left === null){
node.left = newNode;
} else {
insertNode(node.left, newNode);
}
} else {
if (node.right === null){
node.right = newNode;
} else {
insertNode(node.right, newNode);
}
}
};
this.getRoot = function(){
return root;
};
// 在树中查找一个键，如果节点存在，则返回true；如果不存在，则返回 false
this.search = function(key){
return searchNode(root, key);
};
var searchNode = function(node, key){
if (node === null){
return false;
}
if (key < node.key){
return searchNode(node.left, key);
} else if (key > node.key){
return searchNode(node.right, key);
} else { //element is equal to node.item
return true;
}
};
// 通过中序遍历方式遍历所有节点
this.inOrderTraverse = function(callback){
inOrderTraverseNode(root, callback);
};
var inOrderTraverseNode = function (node, callback) {
if (node !== null) {
inOrderTraverseNode(node.left, callback);
callback(node.key);
inOrderTraverseNode(node.right, callback);
}
};
// 通过先序遍历方式遍历所有节点
this.preOrderTraverse = function(callback){
preOrderTraverseNode(root, callback);
};
var preOrderTraverseNode = function (node, callback) {
if (node !== null) {
callback(node.key);
preOrderTraverseNode(node.left, callback);
preOrderTraverseNode(node.right, callback);
}
};
// 通过后序遍历方式遍历所有节点
this.postOrderTraverse = function(callback){
postOrderTraverseNode(root, callback);
};
var postOrderTraverseNode = function (node, callback) {
if (node !== null) {
postOrderTraverseNode(node.left, callback);
postOrderTraverseNode(node.right, callback);
callback(node.key);
}
};
// 返回树中最小的值/键
this.min = function() {
return minNode(root);
};
var minNode = function (node) {
if (node){
while (node && node.left !== null) {
node = node.left;
}
return node.key;
}
return null;
};
// 返回树中最大的值/键
this.max = function() {
return maxNode(root);
};
var maxNode = function (node) {
if (node){
while (node && node.right !== null) {
node = node.right;
}
return node.key;
}
return null;
};
// 从树中移除某个键
this.remove = function(element){
root = removeNode(root, element);
};
var findMinNode = function(node){
while (node && node.left !== null) {
node = node.left;
}
return node;
};
var removeNode = function(node, element){
if (node === null){
return null;
}
if (element < node.key){
node.left = removeNode(node.left, element);
return node;
} else if (element > node.key){
node.right = removeNode(node.right, element);
return node;
} else {
// element is equal to node.item
// handle 3 special conditions
// 1 - a leaf node
// 2 - a node with only 1 child
// 3 - a node with 2 children
//case 1
if (node.left === null && node.right === null){
node = null;
return node;
}
//case 2
if (node.left === null){
node = node.right;
return node;
} else if (node.right === null){
node = node.left;
return node;
}
//case 3
var aux = findMinNode(node.right);
node.key = aux.key;
node.right = removeNode(node.right, aux.key);
return node;
}
};
}
function AVLTree() {
var Node = function(key){
this.key = key;
this.left = null;
this.right = null;
};
var root = null;
this.getRoot = function(){
return root;
};
var heightNode = function(node) {
if (node === null) {
return -1;
} else {
return Math.max(heightNode(node.left), heightNode(node.right)) + 1;
}
};
// 左-左（LL）：向右的单旋转
var rotationLL = function(node) {
var tmp = node.left;
node.left = tmp.right;
tmp.right = node;
return tmp;
};
// 右-右（RR）：向左的单旋转
var rotationRR = function(node) {
var tmp = node.right;
node.right = tmp.left;
tmp.left = node;
return tmp;
};
// 左-右（LR）：向右的双旋转
var rotationLR = function(node) {
node.left = rotationRR(node.left);
return rotationLL(node);
};
// 右-左（RL）：向左的双旋转
var rotationRL = function(node) {
node.right = rotationLL(node.right);
return rotationRR(node);
};
var insertNode = function(node, element) {
if (node === null) {
node = new Node(element);
} else if (element < node.key) {
node.left = insertNode(node.left, element);
if (node.left !== null) {
if ((heightNode(node.left) - heightNode(node.right)) > 1){
if (element < node.left.key){
node = rotationLL(node);
} else {
node = rotationLR(node);
}
}
}
} else if (element > node.key) {
node.right = insertNode(node.right, element);
if (node.right !== null) {
if ((heightNode(node.right) - heightNode(node.left)) > 1){
if (element > node.right.key){
node = rotationRR(node);
} else {
node = rotationRL(node);
}
}
}
}
return node;
};
this.insert = function(element) {
root = insertNode(root, element);
};
var parentNode;
var nodeToBeDeleted;
var removeNode = function(node, element) {
if (node === null) {
return null;
}
parentNode = node;
if (element < node.key) {
node.left = removeNode(node.left, element);
} else {
nodeToBeDeleted = node;
node.right = removeNode(node.right, element);
}
if (node === parentNode) { //remove node
if (nodeToBeDeleted !== null && element === nodeToBeDeleted.key) {
if (nodeToBeDeleted === parentNode) {
node = node.left;
} else {
var tmp = nodeToBeDeleted.key;
nodeToBeDeleted.key = parentNode.key;
parentNode.key = tmp;
node = node.right;
}
}
} else { // do balancing
if (node.left === undefined) node.left = null;
if (node.right === undefined) node.right = null;
if ((heightNode(node.left) - heightNode(node.right)) === 2) {
if (element < node.left.key) {
node = rotationLR(node);
} else {
node = rotationLL(node);
}
}
if ((heightNode(node.right) - heightNode(node.left)) === 2) {
if (element > node.right.key) {
node = rotationRL(node);
} else {
node = rotationRR(node);
}
}
}
return node;
};
this.remove = function(element) {
parentNode = null;
nodeToBeDeleted = null;
root = removeNode(root, element);
};
}
红黑树（Red Black Tree） 是一种自平衡二叉查找树，红黑树是一种特化的AVL树（
-
节点是红色或黑色
-
根节点是黑色
-
每个叶子节点都是黑色的空节点(null)
-
每个红色节点的两个子节点都是黑色（从每个叶子到根的所有路径上不能有两个连续的红色节点）
-
从任一节点到其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色节点
function RedBlackTree() {
var Colors = {
RED: 0, // 红色节点
BLACK: 1 // 黑色节点
};
var Node = function (key, color) {
this.key = key;
this.left = null;
this.right = null;
this.color = color;
this.flipColor = function(){
if (this.color === Colors.RED) {
this.color = Colors.BLACK;
} else {
this.color = Colors.RED;
}
};
};
var root = null;
this.getRoot = function () {
return root;
};
var isRed = function(node){
if (!node){
return false;
}
return node.color === Colors.RED;
};
var flipColors = function(node){
node.left.flipColor();
node.right.flipColor();
};
var rotateLeft = function(node){
var temp = node.right;
if (temp !== null) {
node.right = temp.left;
temp.left = node;
temp.color = node.color;
node.color = Colors.RED;
}
return temp;
};
var rotateRight = function (node) {
var temp = node.left;
if (temp !== null) {
node.left = temp.right;
temp.right = node;
temp.color = node.color;
node.color = Colors.RED;
}
return temp;
};
var insertNode = function(node, element) {
if (node === null) {
return new Node(element, Colors.RED);
}
var newRoot = node;
if (element < node.key) {
node.left = insertNode(node.left, element);
} else if (element > node.key) {
node.right = insertNode(node.right, element);
} else {
node.key = element;
}
if (isRed(node.right) && !isRed(node.left)) {
newRoot = rotateLeft(node);
}
if (isRed(node.left) && isRed(node.left.left)) {
newRoot = rotateRight(node);
}
if (isRed(node.left) && isRed(node.right)) {
flipColors(node);
}
return newRoot;
};
this.insert = function(element) {
root = insertNode(root, element);
root.color = Colors.BLACK;
};
}
6、图（Graph）
图是网络结构的抽象模型。图是一组由边连接的节点（或顶点）
一个图G = (V, E)由以下元素组成
V：一组顶点
E：一组边，连接V中的顶点
图最常见的实现是邻接矩阵、关联矩阵、邻接表，有两种算法可以对图进行遍历：广度优先搜索（Breadth-First Search，BFS）和深度优先搜索（Depth-First Search，DFS）。图遍历可以用来寻找特定的顶点或寻找两个顶点之间的路径，检查图是否连通，检查图是否含有环等
算法 数据结构 描述
深度优先搜索 栈 通过将顶点存入栈中，顶点是沿着路径被探索的，存在新的相邻顶点就去访问
广度优先搜索 队列 通过将顶点存入队列中，最先入队列的顶点先被探索
7、堆（Heap）
特点
-
任意节点小于（或大于）它的所有子节点
-
堆总是一棵完全树。即除了最底层，其他层的节点都被元素填满，且最底层从左到右填入。
-
将根节点最大的堆叫做最大堆或大根堆，根节点最小的堆叫做最小堆或小根堆。
基本类型
包含null、undefined、Number、String、Boolean，ES6还多了一种Symbol
基本数据类型可以直接访问，他们是按照值进行分配的，存放在栈(stack)内存中的简单数据段，数据大小确定，内存空间大小可以分配。
引用型
即Object ，是存放在堆(heap)内存中的对象，变量实际保存的是一个指针，这个指针指向另一个位置
-
堆的每个节点的左边子节点索引是 i * 2 + 1，右边是 i * 2 + 2，父节点是 (i - 1) /2
-
堆有两个核心的操作，分别是 shiftUp 和 shiftDown 。前者用于添加元素，后者用于删除根节点
-
shiftUp 的核心思路是一路将节点与父节点对比大小，如果比父节点大，就和父节点交换位置
-
shiftDown 的核心思路是先将根节点和末尾交换位置，然后移除末尾元素。接下来循环判断父节点和两个子节点的大小，如果子节点大，就把最大的子节点和父节点交换
class MaxHeap {
constructor() {
this.heap = []
}
size() {
return this.heap.length
}
empty() {
return this.size() == 0
}
add(item) {
this.heap.push(item)
this._shiftUp(this.size() - 1)
}
removeMax() {
this._shiftDown(0)
}
getParentIndex(k) {
return parseInt((k - 1) / 2)
}
getLeftIndex(k) {
return k * 2 + 1
}
_shiftUp(k) {
// 如果当前节点比父节点大，就交换
while (this.heap[k] > this.heap[this.getParentIndex(k)]) {
this._swap(k, this.getParentIndex(k))
// 将索引变成父节点
k = this.getParentIndex(k)
}
}
_shiftDown(k) {
// 交换首位并删除末尾
this._swap(k, this.size() - 1)
this.heap.splice(this.size() - 1, 1)
// 判断节点是否有左孩子，因为二叉堆的特性，有右必有左
while (this.getLeftIndex(k) < this.size()) {
let j = this.getLeftIndex(k)
// 判断是否有右孩子，并且右孩子是否大于左孩子
if (j + 1 < this.size() && this.heap[j + 1] > this.heap[j]) j++
// 判断父节点是否已经比子节点都大
if (this.heap[k] >= this.heap[j]) break
this._swap(k, j)
k = j
}
}
_swap(left, right) {
let rightValue = this.heap[right]
this.heap[right] = this.heap[left]
this.heap[left] = rightValue
}
}
8、散列表（Hash）
散列表英文叫 Hash table，也叫哈希表，是根据关键码值(Key value)而直接进行访问的数据结构。也就是说，它通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找速度。这个映射函数叫做散列函数，存放记录的数组叫散列表
javascript 中的Object、Set、WeakSet、Map、WeakMap 都是哈希结构
// 哈希表的实现
class HashTable {
constructor() {
this.storage = [];
this.count = 0;
this.limit = 7; // 默认数组长度
}
// 判断是否是质数
isPrime(num) {
const temp = Math.floor(Math.sqrt(num));
for (let i = 2; i <= temp; i++) {
if (num % i === 0) {
return false;
}
}
return true;
}
// 获取质数
getPrime(num) {
while (!this.isPrime(num)) {
num += 1;
}
return num;
}
// 哈希函数
hashFunc(str, max) {
let hashCode = 0;
// 霍纳算法
for (let i = 0; i < str.length; i++) {
hashCode = hashCode * 37 + str.charCodeAt(i);
}
return hashCode % max;
}
// 插入数据
put(key, value) {
// 通过哈希函数计算数组下标
const index = this.hashFunc(key, this.limit);
let bucket = this.storage[index];
if (!bucket) {
// 计算得到的下标还未存放数据
bucket = [];
this.storage[index] = bucket;
}
let isOverwrite = false; // 是否为修改操作
for (const tuple of bucket) {
// 循环判断是否为修改操作
if (tuple[0] === key) {
tuple[1] = value;
isOverwrite = true;
}
}
if (!isOverwrite) {
// 不是修改操作，执行插入操作
bucket.push([key, value]);
this.count++;
// 如果填充因子大于 0.75 需要对数组进行扩容
if (this.count / this.length > 0.75) {
const primeNum = this.getPrime(this.limit * 2);
this.resize(primeNum);
}
}
}
// 获取数据
get(key) {
const index = this.hashFunc(key, this.limit);
const bucket = this.storage[index];
if (!bucket) {
return null;
}
for (const tuple of bucket) {
if (tuple[0] === key) {
return tuple[1];
}
}
}
// 删除数据
remove(key) {
const index = this.hashFunc(key, this.limit);
const bucket = this.storage[index];
if (!bucket) {
return null;
}
for (let i = 0; i < bucket.length; i++) {
const tuple = bucket[i];
if (tuple[0] === key) {
bucket.splice(i, 1);
this.count -= 1;
// 如果填充因子小于0.25，需要缩小数组容量
if (this.count / this.limit < 0.25 && this.limit > 7) {
const primeNum = this.getPrime(Math.floor(this.limit / 2));
this.resize(primeNum);
}
return tuple[1];
}
}
return null;
}
// 重新设置数组长度
resize(newLimit) {
const oldStorage = this.storage;
this.limit = newLimit;
this.count = 0;
this.storage = [];
// 将旧数据从新添加到哈希表中
oldStorage.forEach((bucket) => {
if (!bucket) {
return;
}
for (const tuple of bucket) {
this.put(...tuple);
}
});
}
isEmpty() {
return this.count === 0;
}
size() {
return this.count;
}
}
