JavaScript 数据结构与算法 之 链表

简介: JavaScript 数据结构与算法 之 链表

链表

链表数据结构

链表存储有序的元素集合,但不同于数组,链表中的元素在内存中并不是连续放置的。每个元素由一个存储元素本身的节点和一个指向下一个元素的引用(也称指针或链接)组成。
function defaultEquals(a, b) {
  return a === b;
}
class Node {
  constructor(element) {
    this.element = element;
    this.next = undefined;
  }
}
class LinkedList {
  constructor(equalsFn = defaultEquals) {
    this.count = 0;
    this.head = undefined;
    this.equalsFn = equalsFn;
  }
  // 向链尾部添加元素
  push(element) {
    const node = new Node(element);
    let current;
    if (this.head == null) {
      this.head = node;
    } else {
      current = this.head;
      while (current.next != null) {
        current = current.next; // 获取最后一项
      }
      current.next = node;
    }
    this.count++;
  }
  // 从链表中移除元素
  removeAt(index) {
    if (index >= 0 && index < this.count) {
      let current = this.head;
      if (index == 0) {
        this.head = current.next;
      } else {
        let previous;
        for (let i = 0; i < index; i++) {
          previous = current;
          current = current.next;
        }
        previous.next = current.next;
      }
      this.count--;
      return current.element;
    }
    return undefined;
  }
  // 循环迭代链表直到目标位置
  getElementAt(index) {
    if (index >= 0 && index <= this.count) {
      let node = this.head;
      for (let i = 0; i < index && node != null; i++) {
        node = node.next;
      }
      return node;
    }
    return undefined;
  }
  // 在任意位置插入元素
  insert(element, index) {
    if (index >= 0 && index <= this.count) {
      const node = new Node(element);
      if (index === 0) {
        const current = this.head;
        node.next = current;
        this.head = node;
      } else {
        const previous = this.getElementAt(index - 1);
        const current = previous.next;
        node.next = current;
        previous.next = node;
      }
      this.count++;
      return true;
    }
    return false;
  }
  // indexOf 返回一个元素的位置
  indexOf(element) {
    let current = this.head;
    for (let i = 0; i < this.count && current != null; i++) {
      if (this.equalsFn(element, current.element)) {
        return i;
      }
      current = current.next;
    }
    return -1;
  }
  // 从链表中移除元素
  remove(element) {
    const index = this.indexOf(element);
    return this.removeAt(index);
  }
  size() {
    return this.count;
  }
  isEmpty() {
    return this.size() === 0;
  }
  getHead() {
    return this.head;
  }
  toString() {
    if (this.head == null) {
      return '';
    }
    let objString = `${this.head.element}`;
    let current = this.head.next;
    for (let i = 1; i < this.size() && current != null; i++) {
      objString = `${objString},${current.element}`;
      current = current.next;
    }
    return objString;
  }
}

双向链表

在双向链表中,链接是双向的:一个链向下一个元素,另一个链向前一个元素
class DoublyNode extends Node {
  constructor(element, next, prev) {
    super(element, next);
    this.prev = prev;
  }
}
class DoublyLinkedList extends LinkedList {
  constructor(equalsFn = defaultEquals) {
    super(equalsFn);
    this.tail = undefined;
  }
  // 向任意位置插入一个新元素
  insert(element, index) {
    if (index >= 0 && index <= this.count) {
      const node = new DoublyNode(element);
      let current = this.head;
      if (index === 0) { // 开头
        if (this.head == null) { // 新增的
          this.head = node;
          this.tail = node;
        } else { // 替换头
          node.next = this.head;
          current.prev = node;
          this.head = node;
        }
      } else if (index === this.count) { // 最后一项 新增的
        current = this.tail;
        current.next = node;
        node.prev = current;
        this.tail = node;
      } else { // 中间
        const previous = this.getElementAt(index - 1);
        current = previous.next;
        node.next = current;
        previous.next = node;
        current.prev = node;
        node.prev = previous;
      }
      this.count++;
      return true;
    }
    return false;
  }
  // 从任意位置移除元素
  removeAt(index) {
    if (index >= 0 && index <= this.count) {
      let current = this.head;
      if (index === 0) { // 第一个
        this.head = current.next;
        if (this.count === 1) {
          this.tail = undefined;
        } else {
          this.head.prev = undefined;
        }
      } else if (index === this.count - 1) { // 最后一个
        current = this.tail;
        this.tail = current.prev;
        this.tail.next = undefined;
      } else { // 中间项
        current = this.getElementAt(index);
        const previous = current.prev;
        previous.next = current.next;
        current.next.prev = previous;
      }
      this.count--;
      return current.element;
    }
    return undefined;
  }
}

循环链表

循环链表可以像链表一样只有单向引用,也可以像双向链表一样有双向引用。循环链表和链表之间唯一的区别在于,最后一个元素指向下一个元素的指针(tail.next)不是引用undefined,而是指向第一个元素(head)
class CircularLinkedList extends LinkedList {
  constructor(equalsFn = defaultEquals) {
    super(equalsFn);
  }
  insert(element, index) {
    if (index >= 0 && index <= this.count) {
      cosnt node = new Node(element);
      let current = this.head;
      if (index === 0) {
        if (this.head == null) {
          this.head = node;
          node.next = this.head;
        } else {
          node.next = current;
          current = this.getElementAt(this.size());
          this.head = node;
          current.next = this.head;
        }
      } else {
        const previous = this.getElementAt(index - 1);
        node.next = previous.next;
        previous.next = node;
      }
      this.count++;
      return true;
    }
    return false;
  }
  removeAt(index) {
    if (index >= 0 && index <= this.count) {
      let current = this.head;
      if (index === 0) {
        if (this.size() === 1) {
          this.head = undefined;
        } else {
          const removed = this.head;
          current = this.getElementAt(this.size());
          this.head = this.head.next;
          current.next = this.head;
          current = removed;
        }
      } else {
        const previous = this.getElementAt(index - 1);
        current = previous.next;
        previous.next = current.next;
      }
      this.count--;
      return current.element;
    }
    return undefined;
  }
}

有序链表

有序链表是指保持元素有序的链表结构。除了使用排序算法之外,还可以将元素插入到正确的位置来保证链表的有序性。
const Compare = {
  LESS_THAN: -1,
  BIGGER_THAN: 1,
};
function defaultCompare(a, b) {
  if (a === b) return 0;
  return a < b ? Compare.LESS_THAN : Compare.BIGGER_THAN;
}
class SortedLinkedList extends LinkedList {
  constructor(equalsFn = defaultEquals, compareFn = defaultCompare) {
    super(equalsFn);
    this.compareFn = compareFn;
  }
  insert(element, index = 0) {
    if (this.isEmpty()) {
      return super.insert(element, 0);
    }
    const pos = this.getIndexNextSortedElement(element);
    return super.insert(element, pos);
  }
  getIndexNextSortedElement(element) {
    let current = this.head;
    let i = 0;
    for (; i < this.size() && current; i++) {
      const comp = this.compareFn(element, current.element);
      if (comp === Compare.LESS_THAN) {
        return i;
      }
      current = current.next;
    }
    return i;
  }
}

StackLinkedList类

可以使用 LinkedList 类及其变种作为内部的数据结构来创建其他数据结构,例如栈、 队列和双向队列
class StackLinkedList {
  constructor() {
    this.items = new DoublyLinkedList();
  }
  push(item) {
    this.items.push(item);
  }
  pop() {
    if (this.isEmpty()) {
      return undefined;
    }
    return this.items.removeAt(this.size() - 1);
  }
  peek() {
    if (this.isEmpty()) {
      return undefined;
    }
    return this.items.getElementAt(this.size() - 1).element;
  }
  isEmpty() {
    return this.items.isEmpty();
  }
  size() {
    return this.items.size();
  }
  clear() {
    this.items.clear();
  }
  toString() {
    return this.items.toString();
  }
}
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