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,每个元素由几条 存储元素什儿 生活的节点和几条 指向下几条 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可不还要了。对链表元素的操作要比对数组元素的操作带宽更高。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)以及每几条 元素的next指针,有这两次要亲戚亲戚我们就可不还要很方便地遍历链表从而操作所有的元素。可不还要把链表想象成二根锁链,锁链中的每几条 节点都不 相互连接的,亲戚亲戚我们就说 找到锁链的头,整条锁链就都可不还要找到了。让亲戚亲戚我们来看一下具体的实现法律土方法。

  首先亲戚亲戚我们还要几条 辅助类,用来描述链表中的节点。什儿 类很简单,只还要几条 属性,几条 用来保存节点的值,几条 用来保存指向下几条 节点的指针。

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

  下面是亲戚亲戚我们链表类的基本骨架:

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

    append (element) {} // 向链表中再加节点

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

  让亲戚亲戚我们从查找链表元素的法律土方法getElementAt()时候刚结束,就说 中间亲戚亲戚我们会多次用到它。

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,就说 值超出了索引的范围(小于0就说 大于length - 1),则返回null。亲戚亲戚我们从链表的head时候刚结束,遍历整个链表直到找到对应索引位置的节点,就说 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时候刚结束,就说 找到了链表的头(就说 亲戚亲戚我们还要在LinkedList类中保存head值),就说 就可不还要遍历找到索引所在位置的元素。

  有了getElementAt()法律土方法,接下来亲戚亲戚我们就可不还要很方便地实现append()法律土方法,用来在链表的尾部再加新节点。

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

    // 就说

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

,找到链表尾部的元素,就说

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

    this.length++;
}

   就说 链表的head为null(什儿 情况示链表为空),则直接将head指向新再加的元素。就说 ,通过getElementAt()法律土方法找到链表的最后几条 节点,将该节点的next指针指向新再加的元素。新再加的元素的next指针默认为null,链表最后几条 元素的next值为null。将节点挂到链表上时候,何必 忘记将链表的长度加1,亲戚亲戚我们还要通过length属性来记录链表的长度。

  接下来亲戚亲戚我们要实现insert()法律土方法,可不还要在链表的任意位置再加节点。

insert (position, element) {
    // position必须超出边界值
    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,必须越界。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,就说 更新head的值为新插入的节点。

  就说 要插入的节点在链表的中间就说 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,亲戚亲戚我们首先找到位置2的前几条 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,就说 再将previous node的next指针指向new node,那你可不还要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 情况也是适用的。而就说 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()法律土方法会直接返回false。

  最后,别忘了更新length属性的值,将链表的长度加1。

  按照相同的法律土方法,亲戚亲戚我们可不还要很容易地写出removeAt()法律土方法,用来删除链表中指定位置的节点。

removeAt (position) {
    // position必须超出边界值
    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。

  就说 要删除的节点为链表的头部,只还要将head移到下几条 节点即可。就说 当前链表只几条 节点,这麼下几条 节点为null,此时将head指向下几条 节点等同于将head设置成null,删除时候链表为空。就说 要删除的节点在链表的中间次要,亲戚亲戚我们还要找出position所在位置的前几条 节点,将它的next指针指向position所在位置的下几条 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。被删除的节点就说 再也这麼其它次要的引用而被丢弃在内存中,等待歌曲垃圾回收器来清除。有关JavaScript垃圾回收器的工作原理,可不还要查看这里。

  最后,别忘了将链表的长度减1。

  下面亲戚亲戚我们来看看indexOf()法律土方法,该法律土方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;
}

  亲戚亲戚我们从链表的头部时候刚结束遍历,直到找到和给定元素相同的元素,就说 返回对应的索引号。就说 这麼找到对应的元素,则返回-1。

  链表类中的其它法律土方法都比较简单,就不再分部讲解了,下面是完全的链表类的代码:

   在isEmpty()法律土方法中,亲戚亲戚我们可不还要根据length有无为0来判断链表有无为空,当然也可不还要根据head有无为null来进行判断,前提是所有涉及到链表节点再加和移除的法律土方法都不 正确地更新length和head。toString()法律土方法就说 为了方便测试而编写的,亲戚亲戚我们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

  中间链表中每几条 元素只几条 next指针,用来指向下几条 节点,那我的链表称之为单向链表,亲戚亲戚我们必须从链表的头部时候刚结束遍历整个链表,任何几条 节点必须找到它的下几条 节点,而必须找到它的上几条 节点。双向链表中的每几条 元素拥有几条 指针,几条 用来指向下几条 节点,几条 用来指向上几条 节点。在双向链表中,除了可不还要像单向链表一样从头部时候刚结束遍历之外,还可不还要从尾部进行遍历。下面是双向链表的数据特性示意图:

  就说 双向链表具有单向链表的所有特性,就说 亲戚亲戚我们的双向链表类可不还要继承自前面的单向链表类,不过辅助类Node还要再加几条 prev属性,用来指向前几条 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()法律土方法的实现。当链表为空时,除了要将head指向当前再加的节点外,还要将tail也指向当还要再加的节点。当链表不为空时,直接将tail的next指向当还要再加的节点node,就说 修改node的prev指向旧的tail,最后修改tail为新再加的节点。亲戚亲戚我们不还要从头时候刚结束遍历整个链表,而通过tail可不还要直接找到链表的尾部,什儿 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);

    // 就说

链表为空,则将head和tail都指向当前再加的节点
    if (this.head === null) {
        this.head = node;
        this.tail = node;
    }
    else {
        // 就说

,将当前节点再加到链表的尾部
        this.tail.next = node;
        node.prev = this.tail;
        this.tail = node;
    }

    this.length++;
}

   就说 双向链表可不还要从链表的尾部往前遍历,就说 亲戚亲戚我们修改了getElementAt()法律土方法,对基类中单向链表的法律土方法进行了改写。当要查找的元素的索引号大于链表长度的一八时,从链表的尾部时候刚结束遍历。

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;
    }
    // 那我往后遍历
    else {
        return super.getElementAt(position);
    }
}

  有什儿 生活遍历法律土方法,那我往后遍历调用的是基类单向链表里的法律土方法,从后往前遍历还要用到节点的prev指针,用来查找前几条 节点。

  亲戚亲戚我们共同还还要修改insert()和removeAt()这几条 法律土方法。记住,与单向链表唯一的区别就说 要共同维护head和tail,以及每几条 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;
            }
        }
        // 插入到中间位置
        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必须超出边界值
    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;
    }
    // 移除中间元素
    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或多或少特殊情况,之类链表的头和尾,以及当前链表有无为空等等,就说 多多守护进程 就说 会在或多或少特殊情况下意味越界和报错。下面是几条 完全的双向链表类的代码:

  亲戚亲戚我们重写了toString()法律土方法以方便更加清楚地查看测试结果。下面是或多或少测试用例:

let doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.append(10);
doubleLinkedList.append(15);
doubleLinkedList.append(20);
doubleLinkedList.append(25);
doubleLinkedList.append(30);
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: 30] [element: 30, 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: 30] [element: 30, prev: 25, next: 35] [element: 35, prev: 30, next: null] 
9
15
30
[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。循环链表可不还要有单向循环链表,也可不还要有双向循环链表。下面是单向循环链表和双向循环链表的数据特性示意图:

  在实现循环链表时,还要确保最后几条 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:

  下一章亲戚亲戚我们将介绍怎样才能用JavaScript来实现集合什儿 数据特性。