本篇文章给大家分享的是有关如何理解JavaScript数据结构中的链表,小编觉得挺实用的,因此分享给大家学习,希望大家阅读完这篇文章后可以有所收获,话不多说,跟着小编一起来看看吧。
对于 JS 初学者,理解链表可能是一项比较困难的任务,因为 JS 没有提供内置的链表。在像 JS 这样的高级语言中,我们需要从头开始实现此数据结构,如果你不熟悉此数据结构的工作方式,则实现部分会变得更加困难 ?。
我们将讨论如何将链表存储在数据库中,实现链表的添加和删除,查找以及反转链表等操作。在实现链表之前,需要知道相比数组和对象,链表的优点是什么。
我们知道,数组中的元素以索引编号和顺序存储在数据库中:
在使用数组时,在开始或特定索引处添加/删除元素这样的操作可能是一项性能较低的任务,因为我们必须移动所有其他元素的索引,造成这种原因是由数组的编号索引特性导致的。
使用对象可以解决上述问题。由于在对象中,元素存储位置是随机的,因此,在执行诸如在开始处或特定索引处添加/删除元素之类的操作时,无需移动元素的索引:
尽管在对象中添加和删除元素速度很快,但是从上图可以看出,在进行迭代操作时,对象并不是最佳选择,因为对象的元素存储在随机位置。因此,迭代操作可能需要很长时间。这是链表引出的原因。
那么什么是链表呢 ?
从名字本身可以看出它是一个以某种方式链表。那么它是如何链接的,列表包含什么呢?
链表由具有两个属性的节点组成:数据和指针。
节点内的指针指向列表中的下一个节点。链表中的第一个节点称为head。为了更好地理解,让我们看一下描述链表图示:
从上图可以看出,每个节点都有两个属性,data和pointer。指针指向列表中的下一个节点,最后一个节点的指针指向null,上图是一个单链表 ?。
链表和对象时有很大的不同。在链表中,每个节点都通过指针(pointer)连接到下一个节点。因此,我们在链表的每个节点之间都有连接,而在对象中,键值对是随机存储的,彼此之间没有连接。
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接着,我们实现一个存储整数的链表。由于 JS 不提供内置的链表支持,因此我们将使用对象和类来实现链表 ?
class Node { constructor (value) { this.value = value this.next = null } } class LinkedList { constructor () { this.head = null this.tail = this.head this.length = 0 } append (value) { } prepend (value) { } insert (value, index) { } lookup (index) { } remove (index) { } reverse () { } }
在上面的代码中,我们创建了两个类,一个用于来链表本身,一个是节点本身。如我们所讨论的,每个节点将具有两个属性,一个值和一个指针(对应 next 字段)。
LinkedList类包含三个属性,head(初始值为null),用于存储链表的最后一个节点的tail(也指向null)和用于保存链表长度的length属性。接着,我们来实现里面的方法 ?。
append (按顺序添加值)
这个函数将一个节点添加到链表的末尾。为了实现这个函数,我们需要理解它需要执行的一些操作:
从上图中,我们可以通过以下方式实现append函数:
append (value) { const newNode = new Node(value) if (!this.head) { this.head = newNode this.tail = newNode } else { this.tail.next = newNode this.tail = newNode } this.length++ }
简单的对 append 方法解释一下 ?:
const linkedList1 = new LinkedList() linkedList1.append(2)
检查head是否指向null,此时的head指向null,因此我们创建一个新对象,并将新对象分配给head和tail:
let node = new Node(2) this.head = newNode this.tail = newNode
现在,head 和 tail 都指向同一个对象,这一点很重要,要记住。
接着,我们再向链表添加两个值:
linkedList1.append(3) linkedList1.append(4)
现在,head 不指向null,所以我们进入append函数的else分支:
this.tail.next = node
由于head 和tail 都指向同一个对象,tail的变化都会导致head对象的变化,这是JS 中对象的工作方式。在JavaScript中,对象是通过引用传递的,因此 head 和tail都指向存储对象的相同地址空间。上面这行代码相当于
this.head.next = node;
下一行:
this.tail = node
现在,在执行完上面的代码行之后,this.head.next和this.tail指向同一对象,因此,每当我们添加新节点时,head对象都会自动更新。
执行三次append之后,linkedList1 的结构应该是这样的:
head: {value: 2 , next: {value: 3, next: {value: 4,next: null}}} tail : {value: 4, next: null} length:3
从上面的代码中我们可以看到,链表的append函数的复杂度是O(1),因为我们既不需要移动索引,也不需要遍历链表。
我们来看下一个函数 ?
prepend (将值添加到链表的开头)
为了实现此函数,我们使用Node类创建一个新节点,并将该新节点的下一个对象指向链表的head 。接下来,我们将新节点分配给链表的head:
与append函数一样,这个函数的复杂度也是O(1)。
prepend (value) { const node = new Node(value) node.next = this.head this.head = node this.length++
就像append函数一样,此函数的复杂度也为O(1)。
insert (在特定索引处添加值)
在实现此函数之前,我们先看看它的一个转化过程。因此,出于理解目的,我们先创建一个值很少的链表,然后可视化insert函数。insert 函数接受两个参数,值和索引:
let linkedList2 = new LinkedList() linkedList2.append(23) linkedList2.append(89) linkedList2.append(12) linkedList2.append(3) linkedList2.insert(45,2)
第1步:
遍历链表,直到到达index-1位置:
第2步:
将索引为1的节点的指针(在本例中为89)分配给新节点(在本例中为45):
第3步:
将新节点(45)的 next 指向给下一个节点(12)
这就是执行插入操作的方式。通过以上可视化,我们观察到需要在index-1位置和index位置找到节点,以便可以在它们之间插入新节点。在代码中实现:
insert (value, index) { if (index >= this.length) { this.append(value) } const node = new Node(value) const { prevNode, nextNode } = thisg.getPrevNextNodes(index) prevNode.next = node node.next = nextNode this.length++ }
简单分析一下上面的函数:
如果index的值大于或等于length属性,则将操作移交给append函数。对于 else 分支,我们使用 Node 类创建一个新节点,接下来观察一个新函数getPrevNextNodes(),通过该函数我们可以接收prevNode和nextNode的值。getPrevNextNodes函数的实现如下:
getPrevNextNodes(index){ let count = 0; let prevNode = this.head; let nextNode = prevNode.next; while(count < index - 1){ prevNode = prevNode.next; nextNode = prevNode.next; count++; } return { prevNode, nextNode } }
通过遍历链表返回在index-1位置和index位置的节点,并将prevNode的next属性指向新节点,并将新节点的next属性指向nextNode。
链表的插入操作的复杂度为 O(n),因为我们必须遍历链表并在index-1和 index 位置搜索节点。尽管复杂度为O(n),但我们发现此插入操作比对数组的插入操作快得多,在数组中,我们必须将所有元素的索引移到特定索引之后,但是在链接中,我们仅操纵 index-1 和index 位置的节点的下一个属性。
remove (删除特定索引处的元素)
实现了插入操作之后,删除操作就比较容易理解,因为它几乎与插入操作相同,当我们从getPrevNextNodes函数获取prevNode和nextNode值时,我们必须在remove中执行以下操作:
remove(index){ let {previousNode,currentNode} = this.getNodes(index) previousNode.next = currentNode.next this.length-- }
删除操作的复杂度也为 O(n),类似于插入操作,链表中的删除操作比数组中的删除操作要快。
reverse (反转链表)
虽然看起来很简单,但反转链表常常是实现起来最令人困惑的操作,因此,在面试中会经常询问这个操作。在实现这个函数之前,让我们先把反转链表的策略可视化一下。
为了反转链表,我们需要跟踪三个节点,previousNode,currentNode和nextNode。
考虑下面的链表:
let linkedList2 = new LinkedList() linkedList2.append(67) linkedList2.append(32) linkedList2.append(44)
第一步:
开始,previousNode的值为null,而currentNode的值为head:
第二步:
接下来,我们将nextNode分配给currentNode.next:
第三步:
接下来,我们将currentNode.next属性指向previousNode:
第三步:
现在,我们将previousNode移至currentNode,将currentNode移至nextNode:
这个过程从步骤2重复操作,一直到currentNode 等于 null。
reverse (){ let previousNode = null let currentNode = this.head while(currentNode !== null) { let nextNode = currentNode.next currentNode.next = previousNode previousNode = currentNode currentNode = nextNode } this.head = previousNode }
就像我们看到的一样,直到currentNode === null,我们一直在遍历和移动这些值。最后,我们将previousNode值分配给head。
反向运算的复杂度为O(n)。
查找 (查找特定索引的值)
这个操作很简单,我们只是遍历链表并返回特定索引处的节点。这个操作的复杂度也是O(n)。
lookup(index){ let counter = 0; let currentNode = this.head; while(counter < index){ currentNode = currentNode.next; counter++; } return currentNode; }
好了,我们已经完成了用javascript实现单个链表的基本操作。单链表和双链表的区别在于,双链表的节点具有指向前一个节点和下一个节点的指针。
链表为我们提供了快速的append(末尾添加元素)和prepend(开头添加元素)操作。尽管链表中的插入操作的复杂度为O(n),但比数组的插入操作要快得多。使用数组时我们面临的另一个问题是大小复杂性,当使用动态数组时,在添加元素时,我们必须将整个数组复制到另一个地址空间,然后添加元素,而在链表中,我们不需要 面对这样的问题。
在使用对象时,我们面临的问题是元素在内存中的随机位置,而在链表中,节点是通过指针相互连接的,指针提供了一定的顺序。
以上就是如何理解JavaScript数据结构中的链表,小编相信有部分知识点可能是我们日常工作会见到或用到的。希望你能通过这篇文章学到更多知识。更多详情敬请关注亿速云行业资讯频道。
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