js資料結構和演算法之數組和散列表詳解

一.資料結構

1.什麼是資料結構資料結構就是關係，沒錯，就是資料元素相互之間存在的一種或多種特定關係的集合。傳統上，我們把資料結構分為邏輯結構和物理結構。邏輯結構：是指資料物件中資料元素之間的相互關係，也是我們未來最需要關注與討論的問題。物理結構：是指資料的邏輯結構在電腦中的儲存形式。

2.常用的資料結構有：
數組，佇列（queue），堆（heap）,堆疊（stack），鍊錶（linked list ），樹（tree） ，圖（graph）和散列表（hash）

#堆疊（stack）：運算只在表的一端進行；佇列（Queue）：運算只在表的兩端進行。
佇列（queue）是只允許在一端進行插入操作，而在另一端進行刪除操作的線性表。
與堆疊相反，佇列是一種先進先出（First In First Out, FIFO）的線性表。

與堆疊相同的是，佇列也是一個重要的線性結構，實作一個佇列同樣需要順序表或鍊錶作為基礎。

二.資料結構分析

(一).陣列

陣列的概念：陣列是一個構造類型的資料結構。數組是許多相同類型的資料的集合。

#陣列分類：一維數組，二維數組【行列】，多維數組（三維以上【三維陣列  行列層】）

1.字串分割為陣列split與陣列元素拼接轉字串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-查找陣列是否存在某元素及下標

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.陣列中間新增與刪除修改元素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 .不產生新數組的迭代器方法

forEach每個元素都操作--every所有都滿足--some有一個滿足--reduce累計操作

/**
 * 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.產生新陣列的迭代器方法

map每個元素都執行某操作結果所組成的陣列-filter陣列中滿足某條件的元素所組成的陣列

/**
 * 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"]

6.二維陣列與多維陣列

//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，人們常常要使用列表，例如我們有時要去購物時，為了購物時東西要買全，我們可以在去之前，列下要買的東西，這就要用的列表了，或者我們小時候上學那段時間，每次考完試後，學校都會列出這次考試成績前十名的同學的排名及成績單，等等這些都是列表的列子。我們計算機內也在使用列表，那麼列表適合使用在什麼地方呢？不適合使用在什麼地方呢？

適合使用在：當列表的元素不是很多的情況下，可以使用列表，因為對列表中的元素查找或排序時，效率還算非常高，反之：如果列表元素非常多的情況下，就不適合使用列表了。如果儲存的順序不重要(順序重要的話可以考慮如堆疊等)， 也不必對資料進行查找， 那麼列表就是一種再好不過的資料結構。 對於其他一些應用， 列表就顯得太過簡陋了

總結：列表是一組有序的資料。每個列表中的資料項稱為元素。在javascript中，清單中的元素可以是任意資料類型。清單中可以保存多少元素並沒有事先約定。但是實際使用時元素數量受到程式記憶體的限制。

2.屬性

#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;

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