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,链表中的元素何必 保处在连续的存储空间内,每个元素由十多少 存储元素四种 的节点和十多少 指向下十多少 元素的指针构成。当要移动或删除元素时,只都可不里能修改相应元素上的指针就都可不里能了。对链表元素的操作要比对数组元素的操作传输速率更高。下面是链表数据社会形态的示意图:

  要实现链表数据社会形态,关键在于保存head元素(即链表的头元素)以及每十多少 元素的next指针,有这两主次我门歌词 歌词 就都可不里能很方便地遍历链表从而操作所有的元素。都可不里能把链表想象成一根锁链,锁链中的每十多少 节点都在相互连接的,我门歌词 歌词 假如找到锁链的头,整条锁链就都都可不里能找到了。让我门歌词 歌词 来看一下具体的实现妙招。

  首先我门歌词 歌词 都可不里能十多少 辅助类,用来描述链表中的节点。這個 类很简单,只都可不里能十多少 属性,十多少 用来保存节点的值,十多少 用来保存指向下十多少 节点的指针。

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

  下面是我门歌词 歌词 链表类的基本骨架:

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

    append (element) {} // 向链表中换成节点

    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 () {} // 判断链表有无为空

    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
}

  让我门歌词 歌词 从查找链表元素的妙招getElementAt()刚开始,可能后边我门歌词 歌词 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,可能值超出了索引的范围(小于0可能大于length - 1),则返回null。我门歌词 歌词 从链表的head刚开始,遍历整个链表直到找到对应索引位置的节点,否则 返回這個 节点。是都在很简单?和所有有序数据集合一样,链表的索引默认从0刚开始,假如找到了链表的头(什么都我门歌词 歌词 都可不里能在LinkedList类中保存head值),否则 就都可不里能遍历找到索引所在位置的元素。

  有了getElementAt()妙招,接下来我门歌词 歌词 就都可不里能很方便地实现append()妙招,用来在链表的尾部换成新节点。

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

    // 可能当前链表为空,则将head指向node
    if (this.head === null) this.head = node;
    else {
        // 否则

,找到链表尾部的元素,否则

换成新元素
        let current = this.getElementAt(this.length - 1);
        current.next = node;
    }

    this.length++;
}

   可能链表的head为null(這個 清况 表示链表为空),则直接将head指向新换成的元素。否则 ,通过getElementAt()妙招找到链表的最后十多少 节点,将该节点的next指针指向新换成的元素。新换成的元素的next指针默认为null,链表最后十多少 元素的next值为null。将节点挂到链表上就让 ,何必 忘记将链表的长度加1,我门歌词 歌词 都可不里能通过length属性来记录链表的长度。

  接下来我门歌词 歌词 要实现insert()妙招,都可不里能在链表的任意位置换成节点。

insert (position, element) {
    // position只有超出边界值
    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,只有越界。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,否则 更新head的值为新插入的节点。

  可能要插入的节点在链表的后边可能尾部,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,我门歌词 歌词 首先找到位置2的前十多少 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,否则 再将previous node的next指针指向new node,就让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 清况 也是适用的。而可能链表为空,即链表的head为null,则参数position会超出边界条件,从而insert()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,我门歌词 歌词 都可不里能很容易地写出removeAt()妙招,用来删除链表中指定位置的节点。

removeAt (position) {
    // position只有超出边界值
    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清况 。

  可能要删除的节点为链表的头部,只都可不里能将head移到下十多少 节点即可。可能当前链表只有十多少 节点,沒有下十多少 节点为null,此时将head指向下十多少 节点等同于将head设置成null,删除就让 链表为空。可能要删除的节点在链表的后边主次,我门歌词 歌词 都可不里能找出position所在位置的前十多少 节点,将它的next指针指向position所在位置的下十多少 节点。总之,删除节点只都可不里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。被删除的节点可能再也沒有其它主次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,都可不里能查看这里。

  最后,别忘了将链表的长度减1。

  下面我门歌词 歌词 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;
}

  我门歌词 歌词 从链表的头部刚开始遍历,直到找到和给定元素相同的元素,否则 返回对应的索引号。可能沒有找到对应的元素,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,下面是完全的链表类的代码:

   在isEmpty()妙招中,我门歌词 歌词 都可不里能根据length有无为0来判断链表有无为空,当然也都可不里能根据head有无为null来进行判断,前提是所有涉及到链表节点换成和移除的妙招都在正确地更新length和head。toString()妙招什么都为了方便测试而编写的,我门歌词 歌词 来看看十多少 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

  后边链表中每十多少 元素只有十多少 next指针,用来指向下十多少 节点,就让的链表称之为单向链表,我门歌词 歌词 只有从链表的头部刚开始遍历整个链表,任何十多少 节点只有找到它的下十多少 节点,而只有找到它的上十多少 节点。双向链表中的每十多少 元素拥有十多少 指针,十多少 用来指向下十多少 节点,十多少 用来指向上十多少 节点。在双向链表中,除了都可不里能像单向链表一样从头部刚开始遍历之外,还都可不里能从尾部进行遍历。下面是双向链表的数据社会形态示意图:

  可能双向链表具有单向链表的所有社会形态,否则 我门歌词 歌词 的双向链表类都可不里能继承自前面的单向链表类,不过辅助类Node都可不里能换成十多少 prev属性,用来指向前十多少 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指向当前换成的节点外,都可不里能将tail也指向当都可不里能换成的节点。当链表不为空时,直接将tail的next指向当都可不里能换成的节点node,否则 修改node的prev指向旧的tail,最后修改tail为新换成的节点。我门歌词 歌词 只有从头刚开始遍历整个链表,而通过tail都可不里能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);

    // 可能链表为空,则将head和tail都指向当前换成的节点
    if (this.head === null) {
        this.head = node;
        this.tail = node;
    }
    else {
        // 否则

,将当前节点换成到链表的尾部
        this.tail.next = node;
        node.prev = this.tail;
        this.tail = node;
    }

    this.length++;
}

   可能双向链表都可不里能从链表的尾部往前遍历,什么都我门歌词 歌词 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几点几分,从链表的尾部刚开始遍历。

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;
    }
    // 就让往后遍历
    else {
        return super.getElementAt(position);
    }
}

  有四种 遍历妙招,就让往后遍历调用的是基类单向链表里的妙招,从后往前遍历都可不里能用到节点的prev指针,用来查找前十多少 节点。

  我门歌词 歌词 一齐还都可不里能修改insert()和removeAt()这十多少 妙招。记住,与单向链表唯一的区别什么都可不里能一齐维护head和tail,以及每十多少 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只有超出边界值
    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;
}

  操作过程中都可不里能判断其他特殊清况 ,这类链表的头和尾,以及当前链表有无为空等等,否则 多多线程 可能会在其他特殊清况 下原困分析越界和报错。下面是十多少 完全的双向链表类的代码:

  我门歌词 歌词 重写了toString()妙招以方便更加清楚地查看测试结果。下面是其他测试用例:

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被委托人的头部。循环链表都可不里能有单向循环链表,也都可不里能有双向循环链表。下面是单向循环链表和双向循环链表的数据社会形态示意图:

  在实现循环链表时,都可不里能确保最后十多少 元素的next指针指向head。下面是单向循环链表的完全代码:

  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:

  下一章我门歌词 歌词 将介绍怎样才能用JavaScript来实现集合這個 数据社会形态。