js数据结构和算法(一)数组和散列表

旧城等待， 2021-09-15 00:48 322阅读 0赞

程序设计=数据结构+算法

# 一.数据结构 #

1.什么是数据结构

**数据结构就是关系，没错，就是数据元素相互之间存在的一种或多种特定关系的集合**。

传统上，我们把数据结构分为逻辑结构和物理结构。  
逻辑结构：是指数据对象中数据元素之间的相互关系，也是我们今后最需要关注和讨论的问题。  
物理结构：是指数据的逻辑结构在计算机中的存储形式。  
  
2. **常用的数据结构有：  
数组，队列（queue），堆（heap）,栈（stack），链表（linked list ），树（tree），图（graph）和散列表（hash）**  
  
栈（stack）：运算只在表的一端进行；队列（Queue）：运算只在表的两端进行。  
队列（queue）是只允许在一端进行插入操作，而在另一端进行删除操作的线性表。  
与栈相反，队列是一种先进先出（First In First Out, FIFO）的线性表。

与栈相同的是，队列也是一种重要的线性结构，实现一个队列同样需要顺序表或链表作为基础。

# 二.数据结构分析 #

## (一).数组 ##

数组的概念：数组是一个构造类型的数据结构。数组是许多个相同类型的数据的集合。

![Image 1][]

数组分类：一维数组，二维数组【行 列】，多维数组（三维以上【三维数组  行 列 层】）

### 1.字符串分割为数组split与数组元素拼接转字符串join ###

var sentence = "I love China";
    /**1.字符串.split(分隔符) 将字符串生成为数组*/
    var words = sentence.split(" ");
    var arr=[];
    for (var i = 0; i < words.length; ++i) {
    	arr.push(words[i])
    }
    console.log(arr)// ["I", "love", "China"]
    
    //2.数组转字符串   
    /*.join(分隔符) 数组各元素间放分隔符并连接成一个字符串
     * join("") 就是 直接将数组个元素拼接起来生字符串
     * .toString()连接成字符串后 默认中间会用,隔开
     */
    var object1=arr.join(" ");
    var object2=arr.toString();
    console.log(object1)//I love China
    console.log(object2)//I,love,China

### 2.indexOf-查找数组是否存在某元素及下标 ###

var names = ["David","Cynthia","Raymond","Clayton","Jennifer"];
    var fondName ='Clayton';
    /**1.
     * 数组.indexOf(参数值) 参数值是否存在于数组,
     * 存,返第一个出现该元素的下标;不存,返-1;
     *
     * 数组.lastIndexOf(参数值)
     * 反序找第一个的下标(如果出现,否则返-1)
     *
     * */
    var position = names.indexOf(fondName);
    if (position >= 0) {
        console.log("找到" + fondName + "在" + position+'位置');//找到Clayton在3位置
    }else {
       console.log(fondName + "不选中数组中");
    }

### 3.数组中间添加和删除修改元素splice ###

/**
     * 1.splice() 将现有数组进行截取,返回所截取生成出来的数组,且现有数组改变,是截取后的数组
     * 可用于为一个数组增加或移除或修改元素
     * 参数一:截取(删除)的起始索引(0是第一个元素)
     * 参数二:截取(删除)的元素的个数
     * 参数三:删除截取后要添加进数组的元素(可以是个数组)
     * */
    
    /**2.
     * 数组中间插入元素(放在数组里插入)
     * */
    var nums = [1,2,3,7,8,9];
    var newElements = [4,5,6];
    nums.splice(3,0,newElements);
    console.log(nums); //[1, 2, 3, Array(3), 7, 8, 9]
    
    /**3.
     * 要插入数组的元素不必组织成一个数组， 它可以是任意的元素序列
     * */
    var nums = [1,2,3,7,8,9];
    nums.splice(3,0,4,5,6);
    console.log(nums);// 1,2,3,4,5,6,7,8,9
    
    /**4.
     * 从数组中删除元素
     * */
    var nums = [1,2,3,100,200,300,400,4,5];
    nums.splice(3,4);
    console.log(nums); // 1,2,3,4,5

### 4.不生成新数组的迭代器方法 ###

forEach每个元素都操作--every所有都满足--some有一个满足--reduce累计操作

/**
     * 1. 数组.forEach(func) 对数组每个元素执行某操作
     * 它接受一个函数作为参数，对数组中的每个元素使用该函数
     * */
    function squareFunc(num) {
        console.log(num, num * num); //打印多个字符的时候自动中间会加空格
    }
    var nums = [1, 2, 3];
    nums.forEach(squareFunc);// 1 1   2 4  3  9
    
    /**
     * 2. 数组.every(func)， 检查数组中每个元素是否满足某条件
     * 它接受一个返回值为布尔类型的函数， 对数组中的每个元素使用该函数。
     * 如果对于所有的元素，该函数均返回 true， 则该方法返回 true
     *
     * 数组.some(func)是否存在一个元素满足
     * 也接受一个返回值为布尔类型的函数， 只要有一个元素使得该函数返回 true，
     * 该方法就返回 true
     * */
    function isEven(num) {
        return num % 2 == 0;
    }
    var nums = [1, 3, 5, 8, 11];
    var even = nums.some(isEven);
    if (even==true) {
        console.log("all numbers are even");
    } else {
        console.log("not all numbers are even");
    }
    
    /**
     * 3.
     * reduce() 数组中的各个元素累计进行操作
     * 它接受一个函数， 返回一个值。 该方法会从一个累加值开始， 不断对累加值和
     * 数组中的后续元素调用该函数， 直到数组中的最后一个元素， 最后返回得到的累加值。
     * */
    
    //使用 reduce() 方法为数组中的元素求和：
    function add(runningTotal, currentValue) {
        return runningTotal + currentValue;
    }
    var nums = [1,2,3,4];
    var sum = nums.reduce(add); //接受函数
    console.log(sum); // 显示10
    
    //reduce() 方法也可以用来将数组中的元素连接成一个长的字符串
    function concat(accumulatedString, item) {
        return accumulatedString + item;
    }
    var words = ["the ", "quick ","brown ", "fox "];
    var sentence = words.reduce(concat);
    console.log(sentence); // 显示 "the quick brown fox"
    
    
    /**
     * 4.reduceRight() 方法，从右到左执行。
     * 下面的程序使用 reduceRight() 方法将数组中的元素进行翻转：
     * */
    function concat(accumulatedString, item) {
        return accumulatedString + item;
    }
    var words = ["the ", "quick ","brown ", "fox "];
    var sentence = words.reduceRight(concat);
    console.log(sentence); // 显示 "fox brown quick the"

### 5.生成新数组的迭代器方法 ###

map每个元素都执行某操作结果组成的数组-filter数组中满足某条件的元素组成的数组

/**
     * 1. 数组.map(func)
     * map() 和 forEach() 有点儿像，
     * 对数组中的每个元素使用某个函数。 两者的区别是
     * map() 返回一个新的数组， 该数组的元素是对原有元素应用某个函数得到的结果
     * */
    function curve(grade) {
        return grade += 5;
    }
    var grades = [77, 65, 81, 92, 83];
    var newgrades = grades.map(curve);
    console.log(newgrades); // [82, 70, 86, 97, 88]
    
    /**
     * 2.下面是对一个字符串数组使用 map() 方法的例子：
     * 数组 acronym 保存了数组 words 中每个元素的第一个字母。
     * 然而， 如果想将数组显示为真正的缩略形式， 必须想办法除掉连接每个数组元素的逗号，
     * 如果直接调用 toString() 方法， 就会显示出这个逗号。
     * 使用 join() 方法， 为其传入一个空字符串作为参数， 则可以帮助我们解决这个问题
     * */
    function first(word) {
        return word[0];
    }
    var words = ["for", "your", "information"];
    var acronym = words.map(first);
    console.log(acronym)//["f", "y", "i"]
    console.log(acronym.join("")); // 显示 "fyi"
    
    /**
     * 3.filter() 传入一个返回值为布尔类型的函数。
     * 和 every() 方法不同的是，
     * 当对数组中的所有元素应用该函数，该方法并不返回 true，
     * 而是返回一个新数组， 该数组包含应用该函数后结果为 true 的元素。
     * */
    //下列程序筛选数组中的奇数和偶数元素
    function isEven(num) {
        return num % 2 == 0;
    }
    
    function isOdd(num) {
        return num % 2 != 0;
    }
    var nums = [];
    for (var i = 0; i < 20; ++i) {
        nums[i] = i + 1;
    }
    var evens = nums.filter(isEven);
    console.log("Even numbers: ");
    console.log(evens);//[2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20]
    var odds = nums.filter(isOdd);
    console.log("Odd numbers: ");
    console.log(odds);//[1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19]
    
    //下面使用 filter() 筛选所有成绩及格的分数：
    function passing(num) {
        return num >= 60;
    }
    var grades = [];
    for (var i = 0; i < 10; ++i) {
        grades[i] = Math.floor(Math.random() * 101);
    }
    var passGrades = grades.filter(passing);
    console.log("All grades:");
    console.log(grades);// [74, 86, 34, 49, 5, 5, 21, 28, 27, 47]
    console.log("Passing grades: ");
    console.log(passGrades);//[74, 86]
    
    //还可以使用 filter() 方法过滤字符串数组，下面这个例子过滤掉了那些不包含“ cie” 的单词：
    function afterc(str) {
        if (str.indexOf("cie") > -1) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    var words = ["recieve","deceive","percieve","deceit","concieve"];
    var misspelled = words.filter(afterc);
    console.log(misspelled); // 显示 ["recieve", "percieve", "concieve"]

### 6.二维数组和多维数组 ###

//直接初始化
     var arr=[[11,12,13],[21,22,23],[31,32,33]];
     console.log(arr[0][0])//11
    /**
     * 2.创建二维数组
     * 比较好的方式是遵照 JavaScript: TheGood Parts（ O’Reilly） 一书第 64 页的例子，
     * 通过扩展 JavaScript 数组对象， 为其增加了一个新方法，
     * 该方法根据传入的参数， 设定了数组的行数、 列数和初始值
     * */
    Array.matrix = function(numrows, numcols, initial) {
        var arr = [];
        for (var i = 0; i < numrows; ++i) {
            var columns = [];
            for (var j = 0; j < numcols; ++j) {
                columns[j] = initial;
            }
            arr[i] = columns;
        }
        return arr;
    }
    
    //测试该生成二维数组方法的一些测试代码
    var nums = Array.matrix(3,3,2);
    console.log(nums); // [ [2, 2, 2],[2, 2, 2], [2, 2, 2]]
    nums[1][2]=4;
    console.log(nums); // [ [2, 2, 2],[2, 2, 4], [2, 2, 2]] /把2改成4
    
    /**
     * 3.处理二维数组的元素
     * 两种最基本的方式： 按行x访问和按列y访问
     * */
    
    /**
     * 按行x访问:
     * 外层循环对应行，内层循环对应列,每次对每一行的元素进行一些操作
     *
     * 以数组 grades 为例， 每一行对应一个学生的成绩记录。
     * 可以将该学生的所有成绩相加， 然后除以科目数得到该学生的平均成绩。
     * (89+77+78)/3=81.33
     * toFixed()四省五入 保留几个小数点
     * */
    var grades = [[89, 77, 78],[76, 82, 81],[91, 94, 89]];
    var total = 0;
    var average = 0.0;
    for (var x = 0; x < grades.length; x++) {
        for (var y = 0; y < grades[x].length; y++) {
            total += grades[x][y];
        }
        average = total / grades[x].length;
        console.log("Student " + parseInt(x+1) + " average: " +average.toFixed(2));
        total = 0;
        average = 0.0;
    }
    
    /**
     * 按列访问:
     * 外层循环对应列，内层循环...,每次对每一列的元素进行一些操作
     *
     * 下面的程序计算了一个学生各科的平均成绩,即:每一列的数据想加取平均值:
     * 如(89+76+91)/3=885.33
     * */
    var grades2 = [[89, 77, 78],[76, 82, 81],[91, 94, 89]];
    var total2 = 0;
    var average2 = 0.0;
    for (var y = 0; y < grades2.length; y++) {
        for (var x = 0; x < grades2[y].length; x++) {
            total2 += grades2[x][y];
        } 
        average2 = total2 / grades2[y].length;
        console.log("Test " + parseInt(y+1) + " average2: " +average2.toFixed(2));
        total2 = 0;
        average2 = 0.0;
    }
    
    /**
     * 4.参差不齐的数组
     * 参差不齐的数组是指数组中每行的元素个数彼此不同。 有一行可能包含三个元素， 另一行
     * 可能包含五个元素， 有些行甚至只包含一个元素。 很多编程语言在处理这种参差不齐的数
     * 组时表现都不是很好， 但是 JavaScript 却表现良好， 因为每一行的长度是可以通过计算得到的
     * */
    //假设数组 grades 中， 每个学生成绩记录的个数是不一样的， 不用修改代码， 依然可以正确计算出正确的平均分：
    var grades3 = [[89, 77],[76, 82, 81],[91, 94, 89, 99]];
    var total3 = 0;
    var average3 = 0.0;
    for (var x = 0; x < grades3.length; x++) {
        for (var y = 0; y < grades3[x].length; y++) {
            total3 += grades3[x][y];
        }
        average3 = total3 / grades3[x].length;
        console.log("Student3 " + parseInt(x+1) + " average3: " + average3.toFixed(2));
        total3 = 0;
        average3 = 0.0;
    }
    
    /**
     * 5.对象数组
     * 对象组成的数组，数组的方法和属性对对象依然适用。
     * */
    
    /**
     * 注意 这里通过一个函数生成了一个对象    
     * 生成对象的函数里传入参数,然后设置   this.属性 = ...  this.方法 = function...
     * 这样的函数即构造函数
     * */
    function Point(x,y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }
    function displayPts(arr) {
        for (var i = 0; i < arr.length; ++i) {
            console.log(arr[i].x + ", " + arr[i].y);
        }
    }
    
    /**
     * 注意 这里通过 var ... = new 构造函数(实际参数)
     * 生成了该对象的一个实例对象
     * */
    var p1 = new Point(1,2);
    var p2 = new Point(3,5);
    var p3 = new Point(2,8);
    var p4 = new Point(4,4);
    //对象组成的数组
    var points = [p1,p2,p3,p4];
    for (var i = 0; i < points.length; ++i) {
        console.log("Point " + parseInt(i+1) + ": " + points[i].x + ", " + points[i].y);
    }
    var p5 = new Point(12,-3);
    //使用 push() 方法将点 (12, -3) 添加进数组， 使用 shift() 方法将点 (1, 2) 从数组中移除。
    points.push(p5);
    console.log("After push: ");
    displayPts(points);
    points.shift();
    console.log("After shift: ");
    displayPts(points);
    
    /**
     * 6.对象中的数组
     * 在对象中， 可以使用数组存储复杂的数据。
     * 实际算法应用与解决方案中,很多数据都被实现成一个对象，对象内部使用数组保存数据。
     *
     * 下例中， 创建了一个对象， 用于保存观测到的周最高气温。
     * 该对象有两个方法， 一个方法用来增加一条新的气温记录，
     * 另外一个方法用来计算存储在对象中的平均气温
     *
     * 很实用和常用的技巧!!!
     * */
    //对象构造函数
    function WeekTemps() {
        this.dataStore = []; //对象构造函数里 设置某些属性为一个数组存储比较复杂的数据
        this.add = add; //设置对象的方法
        this.average = average;
    }
    
    //定义对象方法的操作,里面使用this.属性名 代表对象的某属性
    function add(temp) {
        this.dataStore.push(temp);  //对对象的数组型数据进行数组式操作
    }
    function average() {
    	console.log(this.dataStore)//[52, 55, 61, 65, 55, 50, 52, 49]
        var total = 0;
        for (var i = 0; i < this.dataStore.length; ++i) {
            total += this.dataStore[i];
        }
        return total / this.dataStore.length;
    }
    var thisWeek = new WeekTemps();
    thisWeek.add(52);
    thisWeek.add(55);
    thisWeek.add(61);
    thisWeek.add(65);
    thisWeek.add(55);
    thisWeek.add(50);
    thisWeek.add(52);
    thisWeek.add(49);
    console.log(thisWeek.average()); // 54.875

## (二).散列表 ##

### 1.列表概念 ###

在日常生活中，人们经常要使用列表，比如我们有时候要去购物时，为了购物时东西要买全，我们可以在去之前，列下要买的东西，这就要用的列表了，或者我们小时候上学那段时间，每次考完试后，学校都会列出这次考试成绩前十名的同学的排名及成绩单，等等这些都是列表的列子。我们计算机内也在使用列表，那么列表适合使用在什么地方呢？不适合使用在什么地方呢？  
  
**适合使用在**：当列表的元素不是很多的情况下，可以使用列表，因为对列表中的元素查找或者排序时，效率还算非常高，反之：如果列表元素非常多的情况下，就不适合使用列表了。如果存储的顺序不重要(顺序重要的话可以考虑如堆栈等)， 也不必对数据进行查找， 那么列表就是一种再好不过的数据结构。 对于其他一些应用， 列表就显得太过简陋了

总结：**列表是一组有序的数据。每个列表中的数据项称为元素。在javascript中，列表中的元素可以是任意数据类型。列表中可以保存多少元素并没有事先约定。但是实际使用时元素数量受到程序内存的限制**。

### 2.属性 ###

![Image 1][]

### 3.使用 ###

/**
     * 1.实现列表类,定义构造函数
     * 注意这里定义的删除查找等方法都是传入一整个元素的值,列表由一系列元素组成,元素即最小的那个单元
     * */
    function List() {
        this.listSize = 0; //listSize是属性  列表的元素个数
        this.pos = 0;// 列表的当前位置 是第几个
        this.dataStore = []; // 初始化一个空数组来保存列表元素,即底层数据结构是数组  
    }
    List.prototype = {
        // 给列表末尾添加元素  变量 listSize 加 1
        append: function(element) {
            var self = this;
            self.dataStore[this.listSize++] = element;
        },
    
        /*remove()从列表中删除元素
        * 需要在列表中找到该元素， 然后删除它， 并且调整底层的数组对象以填补删除该元素后留下的空白。
     	* js中可以使用 splice() 方法简化这一过程。
     	* 
     	*  remove() 方法使用 find() 方法返回的位置对数组 dataStore 进行截取。 数组改变后， 将变
    	* 量 listSize 的值减 1， 以反映列表的最新长度。 如果元素删除成功， 该方法返回 true，
    	* 否则返回 false。
        */
        remove: function(element) {
            var self = this;
            var curIndex = self.find(element);
            if(curIndex > -1) {
                self.dataStore.splice(curIndex,1);
                --self.listSize;
                return true;
            }
            return false;
        },
    
        /*find() 方法通过对数组对象 dataStore 进行迭代，查找给定的元素。 
         * 查找列表中的元素 返回索引
         * 如果找到，就返回该元素在列表中的位置，否则返回 -1，
         */
        find: function(element) {
            var self = this;
            for(var i = 0,dataLen = self.dataStore.length; i < dataLen; i++) {
                if(self.dataStore[i] == element) {
                    return i;
                }
            }
            return -1;
        },
        
        // 返回列表中元素的个数
        length: function() {
            return this.listSize;
        },
    
        /*显示列表中的元素
         * 该方法返回的是一个数组， 而不是一个字符串， 但它的目的是为了显示列表的
     	* 当前状态， 因此返回一个数组就足够了。
         */
        toString: function(){
            return this.dataStore;
        },
    
        /*insert() 在指定元素后面插入一个元素
         *  insert() 方法用到了 find() 方法， find() 方法会寻找传入的 after 参数在列
    	 * 表中的位置， 找到该位置后， 使用 splice() 方法将新元素插入该位置之后， 然后将变量
    	 * listSize 加 1 并返回 true， 表明插入成功。
    	 * 
         * @param element 当前的元素
         * @param elementAfter 把当前的元素插入到此元素后面
         */
        insert: function(element,elementAfter){
            var self = this;
            var insertPos = self.find(elementAfter);
            if(insertPos > -1) {
                self.dataStore.splice(insertPos+1,0,element);
                ++self.listSize;
                return true;
            }
            return false;
        },
        
        /* 清空列表中的所有元素
        * clear() 方法使用 delete 操作符删除数组 dataStore， 接着在下一行创建一个空数组。 最
     	* 后一行将 listSize 和 pos 的值设为 1， 表明这是一个新的空列表
        */
        clear: function() {
            delete this.dataStore;
            this.dataStore = [];
            this.listSize = this.pos = 0;
        },
        
        // 判断给定的元素是否在列表中
        contains: function(element) {
            var self = this;
            for(var i = 0,ilen = self.dataStore.length; i < ilen; i++) {
                if(self.dataStore[i] == element) {
                    return true;
                }
            }
            return false;
        },
      
      /**
     * 下面的方法都是通过控制当前位置 pos 和 listSize 来实现的
     * */
    
        // 将列表中的当前元素移动到第一个位置
        front: function(){
            this.pos = 0;
        },
        // 将列表中当前的元素移动到最后一个位置
        end: function(){
            this.pos = this.listSize - 1;
        },
        // 将当前位置 后移一位
        prev: function(){
            if(this.pos > 0) {
                --this.pos;
            }
        },
        // 将当前位置 前移一位
        next: function(){
            if(this.pos < this.listSize - 1) {
                ++this.pos;
            }
        },
        // 返回列表的当前位置
        curPos: function(){
            return this.pos;
        },
        // 当前位置移动移动到某个位置(传入的是位置数字,从零开始)
        moveTo: function(n) {
            this.pos = n;
        },
        // 返回当前位置的元素
        getElement:function(){
            return this.dataStore[this.pos];
        }
    };
    
    //  下面来执行上面的方法
    //创建一个列表实例对象
    var names = new List();
    names.append("Clayton");
    names.append("Raymond");
    names.append("Cynthia");
    names.append("Jennifer");
    names.append("Bryan");
    names.append("Danny");
    /*console.log(names) 输出
     * dataStore:(6) ["Clayton", "Raymond", "Cynthia", "Jennifer", "Bryan", "Danny"]
     * listSize:6    pos:0
     */
    
    //1.现在移动到列表中的第一个元素并且显示它：
    names.front();
    console.log(names.getElement()); // 显示 Clayton
    
    //2.接下来向后移动一个单位并且显示它：
    names.next();
    console.log(names.getElement()); // 显示 Raymond
    
    
    //3.先向前移动两次， 然后向后移动一次， 显示出当前元素， 看看 prev() 方法的应用
    names.next();
    names.next();
    names.prev();
    console.log(names.getElement()); // 如果2执行的话，显示 Cynthia 如果不执行2，则显示Raymond
    
    /**
     * !遍历!
     * 由前向后遍历列表:
     * 在 for 循环的一开始， 将列表的当前位置设置为第一个元素。 只要 curPos 的值小于列表
     * 的长度-1 (因为pos是从0开始的,比较完之后才会移动next() )， 就一直循环， 每一次循环都调用 next() 方法将当前位置向前移动一位。
     * */
    //这里用names.pos++比较好,因为next() pos永远到不了names.length(),会一直循环
    for (names.front(); names.curPos() < names.length(); names.pos++) {
        console.log(names.getElement());
        //console.log(names.currPos());
    }
    //但注意经过上面的遍历操作,pos指向的是最后一位+1,所以要 -1一次
    names.pos -= 1;
    
    /**
     * 从后向前遍历列表
     * 循环从列表的最后一个元素开始， 当当前位置大于或等于 0 时， 调用 prev() 方法后移一位。
     *
     * 迭代器只是用来在列表上随意移动， 而不应该和任何为列表增加或删除元素的方法一起使用
     * */
    //这里用names.pos--比较好,因为pre() pos永远到0就不会降了,会一直循环
    for(names.end(); names.curPos() >= 0; names.pos--) {
        console.log(names.getElement());
    }
    //但注意经过上面的遍历操作,pos指向的是-1,所以要 +1一次
    names.pos += 1;

参考：

[js数据结构和算法（一）概述][js]

[常见数据结构与算法javascript实现][javascript]

[Image 1]: 
[js]: https://segmentfault.com/a/1190000000679870
[javascript]: http://blog.csdn.net/haoshidai/article/details/52263191