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,链表中的元素暂且保居于连续的存储空间内,每个元素由就让存储元素一种生活的节点和就让指向下就让元素的指针构成。当要移动或删除元素时,只还要修改相应元素上的指针就不能了。对链表元素的操作要比对数组元素的操作强度更高。下面是链表数据底部形态的示意图:

  要实现链表数据底部形态,关键在于保存head元素(即链表的头元素)以及每就让元素的next指针,有这两要素朋友就不能很方便地遍历链表从而操作所有的元素。不能把链表想象成第一根锁链,锁链中的每就让节点一定会 相互连接的,朋友假若找到锁链的头,整条锁链就都不能找到了。让朋友来看一下具体的实现办法。

  首先朋友还要就让辅助类,用来描述链表中的节点。你你是什么类很简单,只还要就让属性,就让用来保存节点的值,就让用来保存指向下就让节点的指针。

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) {} // 向链表中加进去去节点

    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,并返回你你是什么元素的值

    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 () {} // 判断链表算是为空

    size () {} // 返回链表的长度

    getHead () {} // 返回链表的头元素

    clear () {} // 清空链表

    toString () {} // 辅助办法,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办法getElementAt()开始英文英语 英语 ,是因为上方朋友会多次用到它。

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,是因为值超出了索引的范围(小于0是因为大于length - 1),则返回null。朋友从链表的head开始英文英语 英语 ,遍历整个链表直到找到对应索引位置的节点,就让返回你你是什么节点。是一定会 很简单?和所有有序数据集合一样,链表的索引默认从0开始英文英语 英语 ,假若找到了链表的头(也不 朋友还要在LinkedList类中保存head值),就让就不能遍历找到索引所在位置的元素。

  有了getElementAt()办法,接下来朋友就不能很方便地实现append()办法,用来在链表的尾部加进去去新节点。

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

    // 是因为当前链表为空,则将head指向node
    if (this.head === null) this.head = node;
    else {
        // 就让,找到链表尾部的元素,就让加进去去新元素
        let current = this.getElementAt(this.length - 1);
        current.next = node;
    }

    this.length++;
}

   是因为链表的head为null(你你是什么情况报告表示链表为空),则直接将head指向新加进去去的元素。就让,通过getElementAt()办法找到链表的最后就让节点,将该节点的next指针指向新加进去去的元素。新加进去去的元素的next指针默认为null,链表最后就让元素的next值为null。将节点挂到链表上就让,暂且忘记将链表的长度加1,朋友还要通过length属性来记录链表的长度。

  接下来朋友要实现insert()办法,不能在链表的任意位置加进去去节点。

insert (position, element) {
    // position不能了超出边界值
    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,不能了越界。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,就让更新head的值为新插入的节点。

  是因为要插入的节点在链表的上方是因为尾部,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的前就让节点previous node,将新节点new node的next指针指向previous node的next所对应的节点,就让再将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,你你是什么情况报告也是适用的。而是因为链表为空,即链表的head为null,则参数position会超出边界条件,从而insert()办法会直接返回false。

  最后,别忘了更新length属性的值,将链表的长度加1。

  按照相同的办法,朋友不能很容易地写出removeAt()办法,用来删除链表中指定位置的节点。

removeAt (position) {
    // position不能了超出边界值
    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报告。

  是因为要删除的节点为链表的头部,只还要将head移到下就让节点即可。是因为当前链表不能了就让节点,那么下就让节点为null,此时将head指向下就让节点等同于将head设置成null,删除就让链表为空。是因为要删除的节点在链表的上方要素,朋友还要找出position所在位置的前就让节点,将它的next指针指向position所在位置的下就让节点。总之,删除节点只还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。被删除的节点是因为再也那么其它要素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,不能查看这里。

  最后,别忘了将链表的长度减1。

  下面朋友来看看indexOf()办法,该办法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;
}

  朋友从链表的头部开始英文英语 英语 遍历,直到找到和给定元素相同的元素,就让返回对应的索引号。是因为那么找到对应的元素,则返回-1。

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

   在isEmpty()办法中,朋友不能根据length算是为0来判断链表算是为空,当然也不能根据head算是为null来进行判断,前提是所有涉及到链表节点加进去去和移除的办法一定会 正确地更新length和head。toString()办法假若为了方便测试而编写的,朋友来看看几条测试用例:

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

  上方链表中每就让元素不能了就让next指针,用来指向下就让节点,就让的链表称之为单向链表,朋友不能了从链表的头部开始英文英语 英语 遍历整个链表,任何就让节点不能了找到它的下就让节点,而不能了找到它的上就让节点。双向链表中的每就让元素拥有就让指针,就让用来指向下就让节点,就让用来指向上就让节点。在双向链表中,除了不能像单向链表一样从头部开始英文英语 英语 遍历之外,还不能从尾部进行遍历。下面是双向链表的数据底部形态示意图:

  是因为双向链表具有单向链表的所有底部形态,就让朋友的双向链表类不能继承自前面的单向链表类,不过辅助类Node还要加进去去就让prev属性,用来指向前就让节点。

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()办法的实现。当链表为空时,除了要将head指向当前加进去去的节点外,还要将tail也指向当还要加进去去的节点。当链表不为空时,直接将tail的next指向当还要加进去去的节点node,就让修改node的prev指向旧的tail,最后修改tail为新加进去去的节点。朋友不还要从头开始英文英语 英语 遍历整个链表,而通过tail不能直接找到链表的尾部,你你是什么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);

    // 是因为链表为空,则将head和tail都指向当前加进去去的节点
    if (this.head === null) {
        this.head = node;
        this.tail = node;
    }
    else {
        // 就让,将当前节点加进去去到链表的尾部
        this.tail.next = node;
        node.prev = this.tail;
        this.tail = node;
    }

    this.length++;
}

   是因为双向链表不能从链表的尾部往前遍历,也不 朋友修改了getElementAt()办法,对基类中单向链表的办法进行了改写。当要查找的元素的索引号大于链表长度的一时段 ,从链表的尾部开始英文英语 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;
    }
    // 就让往后遍历
    else {
        return super.getElementAt(position);
    }
}

  有一种生活遍历办法,就让往后遍历调用的是基类单向链表里的办法,从后往前遍历还要用到节点的prev指针,用来查找前就让节点。

  朋友一并还还要修改insert()和removeAt()这就让办法。记住,与单向链表唯一的区别假若要一并维护head和tail,以及每就让节点上的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;
            }
        }
        // 插入到上方位置
        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不能了超出边界值
    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;
    }
    // 移除上方元素
    else {
        current = this.getElementAt(position);
        previous = current.prev;
        previous.next = current.next;
        current.next.prev = previous;
    }

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

  操作过程中还要判断一点特殊情况报告,例如链表的头和尾,以及当前链表算是为空等等,就让应用线程是因为会在一点特殊情况报告下是因为越界和报错。下面是就让完整版的双向链表类的代码:

  朋友重写了toString()办法以方便更加清楚地查看测试结果。下面是一点测试用例:

let doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.append(10);
doubleLinkedList.append(15);
doubleLinkedList.append(20);
doubleLinkedList.append(25);
doubleLinkedList.append(50);
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: 50] [element: 50, 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: 50] [element: 50, prev: 25, next: 35] [element: 35, prev: 50, next: null] 
9
15
50
[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我本人的头部。循环链表不能有单向循环链表,也不能有双向循环链表。下面是单向循环链表和双向循环链表的数据底部形态示意图:

  在实现循环链表时,还要确保最后就让元素的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:

  下一章朋友将介绍何如用JavaScript来实现集合你你是什么数据底部形态。