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,链表中的元素太少保位于连续的存储空间内,每个元素由原本存储元素什儿 的节点和原本指向下原本元素的指针构成。当要移动或删除元素时,只前要修改相应元素上的指针就能都还后能 了。对链表元素的操作要比对数组元素的操作速度更高。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)以及每原本元素的next指针,有这两帕累托图大伙就能都还后能 很方便地遍历链表从而操作所有的元素。能都还后能 把链表想象成一条锁链,锁链中的每原本节点都不 相互连接的,大伙只要找到锁链的头,整条锁链就都能都还后能 找到了。让大伙来看一下具体的实现法律法律依据。

  首先大伙前要原本辅助类,用来描述链表中的节点。什儿 类很简单,只前要原本属性,原本用来保存节点的值,原本用来保存指向下原本节点的指针。

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 () {} // 判断链表不是

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 () {} // 辅助法律法律依据,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法律法律依据getElementAt()开始英语 ,肯能后边大伙会多次用到它。

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,肯能值超出了索引的范围(小于0肯能大于length - 1),则返回null。大伙从链表的head开始英语 ,遍历整个链表直到找到对应索引位置的节点,只要返回什儿 节点。是都不 很简单?和所有有序数据集合一样,链表的索引默认从0开始英语 ,只要找到了链表的头(只是有大伙前要在LinkedList类中保存head值),只要就能都还后能 遍历找到索引所在位置的元素。

  有了getElementAt()法律法律依据,接下来大伙就能都还后能 很方便地实现append()法律法律依据,用来在链表的尾部添加新节点。

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

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

    this.length++;
}

   肯能链表的head为null(什儿 情况汇报表示链表为空),则直接将head指向新添加的元素。只要,通过getElementAt()法律法律依据找到链表的最后原本节点,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,链表最后原本元素的next值为null。将节点挂到链表上只是,太少忘记将链表的长度加1,大伙前要通过length属性来记录链表的长度。

  接下来大伙要实现insert()法律法律依据,能都还后能 在链表的任意位置添加节点。

insert (position, element) {
    // position非要超出边界值
    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,非要越界。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,只要更新head的值为新插入的节点。

  肯能要插入的节点在链表的后边肯能尾部,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的前原本节点previous node,将新节点new node的next指针指向previous node的next所对应的节点,只要再将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,什儿 情况汇报也是适用的。而肯能链表为空,即链表的head为null,则参数position会超出边界条件,从而insert()法律法律依据会直接返回false。

  最后,别忘了更新length属性的值,将链表的长度加1。

  按照相同的法律法律依据,大伙能都还后能 很容易地写出removeAt()法律法律依据,用来删除链表中指定位置的节点。

removeAt (position) {
    // position非要超出边界值
    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情况汇报。

  肯能要删除的节点为链表的头部,只前要将head移到下原本节点即可。肯能当前链表非要原本节点,这样下原本节点为null,此时将head指向下原本节点等同于将head设置成null,删除只是链表为空。肯能要删除的节点在链表的后边帕累托图,大伙前要找出position所在位置的前原本节点,将它的next指针指向position所在位置的下原本节点。总之,删除节点只前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。被删除的节点肯能再也这样其它帕累托图的引用而被丢弃在内存中,等待图片垃圾回收器来清除。有关JavaScript垃圾回收器的工作原理,能都还后能 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()法律法律依据,该法律法律依据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语 遍历,直到找到和给定元素相同的元素,只要返回对应的索引号。肯能这样找到对应的元素,则返回-1。

  链表类中的其它法律法律依据都比较简单,就不再分部讲解了,下面是完整的链表类的代码:

   在isEmpty()法律法律依据中,大伙能都还后能 根据length不是 为0来判断链表不是 为空,当然都还后能 都还后能 根据head不是 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法律法律依据都不 正确地更新length和head。toString()法律法律依据只是为了方便测试而编写的,大伙来看看有几只测试用例:

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

  后边链表中每原本元素非要原本next指针,用来指向下原本节点,原本的链表称之为单向链表,大伙非要从链表的头部开始英语 遍历整个链表,任何原本节点非要找到它的下原本节点,而非要找到它的上原本节点。双向链表中的每原本元素拥有原本指针,原本用来指向下原本节点,原本用来指向上原本节点。在双向链表中,除了能都还后能 像单向链表一样从头部开始英语 遍历之外,还能都还后能 从尾部进行遍历。下面是双向链表的数据型态示意图:

  肯能双向链表具有单向链表的所有型态,只要大伙的双向链表类能都还后能 继承自前面的单向链表类,不过辅助类Node前要添加原本prev属性,用来指向前原本节点。

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()法律法律依据的实现。当链表为空时,除了要将head指向当前添加的节点外,前要将tail也指向当前要添加的节点。当链表不为空时,直接将tail的next指向当前要添加的节点node,只要修改node的prev指向旧的tail,最后修改tail为新添加的节点。大伙不前要从头开始英语 遍历整个链表,而通过tail能都还后能 直接找到链表的尾部,这某些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);

    // 肯能链表为空,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 {
        // 只要,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++;
}

   肯能双向链表能都还后能 从链表的尾部往前遍历,只是有大伙修改了getElementAt()法律法律依据,对基类中单向链表的法律法律依据进行了改写。当要查找的元素的索引号大于链表长度的一二十四时,从链表的尾部开始英语 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);
    }
}

  有什儿 遍历法律法律依据,原本往后遍历调用的是基类单向链表里的法律法律依据,从后往前遍历前要用到节点的prev指针,用来查找前原本节点。

  大伙共同还前要修改insert()和removeAt()这原本法律法律依据。记住,与单向链表唯一的区别只是要共同维护head和tail,以及每原本节点上的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;
            }
        }
        // 插入到后边位置
        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非要超出边界值
    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;
    }
    // 移除后边元素
    else {
        current = this.getElementAt(position);
        previous = current.prev;
        previous.next = current.next;
        current.next.prev = previous;
    }

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

  操作过程中前要判断某些特殊情况汇报,类似链表的头和尾,以及当前链表不是 为空等等,只要系统进程肯能会在某些特殊情况汇报下原应越界和报错。下面是原本完整的双向链表类的代码:

  大伙重写了toString()法律法律依据以方便更加清楚地查看测试结果。下面是某些测试用例:

let doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.append(10);
doubleLinkedList.append(15);
doubleLinkedList.append(20);
doubleLinkedList.append(25);
doubleLinkedList.append(80);
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: 80] [element: 80, 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: 80] [element: 80, prev: 25, next: 35] [element: 35, prev: 80, next: null] 
9
15
80
[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另一方的头部。循环链表能都还后能 有单向循环链表,都还后能 都还后能 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,前要确保最后原本元素的next指针指向head。下面是单向循环链表的完整代码:

  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:

  下一章大伙将介绍咋样用JavaScript来实现集合什儿 数据型态。