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JavaScript数据结构与算法之栈与队列

学习起因

曾经有一次在逛V2EX时,碰到这么一个帖子。
数学完全还给老师了,想学回一些基础数学,大概是高中程度的,有什么书籍推荐?
发帖的楼主大学没有高数课程,出去工作时一直在从事前端的工作。感觉到数学知识的匮乏,所以想补一补数学。
看了看帖子,感觉和我很像,因为我的专业是不开高数的,我学的也是前端。也同样感觉到了数学知识匮乏所带来的困顿。同时因为自己的数学思维实在是不怎么好,所以决定努力补习数学与计算机基础知识。
当时也有人说:”前端需要什么数据结构与算法”,但是对于这个事情我有自己的看法。
我并不认为前端不需要算法之类的知识,在我看来前端具备坚实的计算机基础,对自身发展是极其有利的。我想做程序员。而不是一辈子的初级前端和码农。
也算是给自己的勉励吧。毕竟基础决定上限,再加上自己对计算机真的很感兴趣,所以学起来就算很累,但也是很幸福的。于是去网上选购了《学习JavaScript数据结构与算法》这本书,配合着去图书馆借阅的《大话数据结构》,开始了数据结构与算法的初步学习。

JavaScipt之数组操作

接下来就是数据结构的第一部分,栈。
栈是一种遵从后进先出原则(LIFO,全称为Last In First Out)的有序集合。栈顶永远是最新的元素。
举个例子就是:栈就像放在箱子里的一叠书 你要拿下面的书先要把上面的书拿开。(当然,你不能先拿下面的书。)

JavaScipt中栈的实现
首先,创建一个构造函数。

/**
 * 栈的构造函数
 */
function Stack() {

 // 用数组来模拟栈
 var item = [];
}

栈需要有如下的方法:
push(element(s)): 添加几个元素到栈顶
pop(): 移除并返回栈顶元素
peek(): 返回栈顶元素
isAmpty: 检查栈是否为空,为空则返回true
clear: 移除栈中所有元素
size: 返回栈中元素个数。
print: 以字符串显示栈中所有内容
push方法的实现
说明: 需要往栈中添加新元素,元素位置在队列的末尾。也就是说,我们可以用数组的push方法来模拟实现。

实现:

/**
 * 将元素送入栈,放置于数组的最后一位
 * @param {Any} element 接受的元素,不限制类型
 */
this.push = function(element) {
 items.push(element);
};

pop方法的实现

说明: 需要把栈顶元素弹出,同时返回被弹出的值。可以用数组的pop方法来模拟实现。
实现:

/**
 * 弹出栈顶元素
 * @return {Any} 返回被弹出的值
 */
this.pop = function() {
 return items.pop();
};

peek方法的实现
说明: 查看栈顶元素,可以用数组长度来实现。
实现:

/**
 * 查看栈顶元素
 * @return {Any} 返回栈顶元素
 */
this.peek = function() {
 return items[items.length - 1];
}

其余方法的实现
说明: 前三个是栈方法的核心,其余方法则在此一次性列出。因为下文要讲的队列,会与这部分有很大重合。
实现:

/**
 * 确定栈是否为空
 * @return {Boolean} 若栈为空则返回true,不为空则返回false
 */
this.isAmpty = function() {
 return items.length === 0
};

/**
 * 清空栈中所有内容
 */
this.clear = function() {
 items = [];
};

/**
 * 返回栈的长度
 * @return {Number} 栈的长度
 */
this.size = function() {
 return items.length;
};

/**
 * 以字符串显示栈中所有内容
 */
this.print = function() {
 console.log(items.toString());
};

实际应用

栈的实际应用比较多,书中有个十进制转二进制的函数。(不懂二进制怎么算的话可以百度)下面是函数的源代码。
原理就是输入要转换的数字,不断的除以二并取整。并且最后运用while循环,将栈中所有数字拼接成字符串输出。

/**
 * 将10进制数字转为2进制数字
 * @param {Number} decNumber 要转换的10进制数字
 * @return {Number}      转换后的2进制数字
 */
function divideBy2(decNumber) {

 var remStack = new Stack(),
  rem,
  binaryString = '';

 while (decNumber > 0) {
  rem = Math.floor(decNumber % 2);
  remStack.push(rem);
  decNumber = Math.floor(decNumber / 2);
 }

 while (!remStack.isAmpty()) {
  binaryString += remStack.pop().toString();
 }

 return binaryString;
};

到此而言,栈的学习就告一段落了。因为源代码中注释较多,所以这儿就不贴出源代码的内容了。

队列

队列与栈是很相像的数据结构,不同之处在于队列是是先进先出(FIFO:First In First Out)的。
举个例子: 火车站排队买票,先到的先买。(插队的不算),是不是很好理解了~

JavaScipt中队列的实现

队列的实现和栈很像。首先依然是构造函数:

/**
 * 队列构造函数
 */
function Queue() {
 var items = [];
}

队列需要有如下的方法:
enqueue(element(s)): 向队列尾部添加几个项
dequeue(): 移除队列的第一项(也就是排在最前面的项)
front(): 返回队列的第一个元素,也就是最新添加的那个
其余方法与队列相同

enqueue方法的实现

说明: 向队列尾部添加几个项。
实现:

/**
 * 将元素推入队列尾部
 * @param {Any} ele 要推入队列的元素
 */
this.enqueue = function(ele) {
 items.push(ele);
};

dequeue方法的实现

说明: 移除队列的第一项。
实现:

/**
 * 将队列中第一个元素弹出
 * @return {Any} 返回被弹出的元素
 */
this.dequeue = function() {
 return items.shift()
};

front方法的实现

说明: 返回队列的第一个元素,也就是最新添加的那个。
实现:

/**
 * 查看队列的第一个元素
 * @return {Any} 返回队列中第一个元素
 */
this.front = function() {
 return items[0];
};

以上的三个方法,就是队列这种数据结构的核心方法了。其实很好理解的。

实际应用
书上的是个击鼓传花的小游戏。原理就是循环到相应位置时,队列弹出那个元素。最后留下的就是赢家。
源代码如下:

/**
 * 击鼓传花的小游戏
 * @param {Array} nameList 参与人员列表
 * @param {Number} num   在循环中要被弹出的位置
 * @return {String}     返回赢家(也就是最后活下来的那个)
 */
function hotPotato(nameList, num) {
 var queue = new Queue();

 for (var i = 0; i < nameList.length; i++) {
  queue.enqueue(nameList[i]);
 }

 var eliminated = '';

 while (queue.size() > 1) {
  for (var i = 0; i < num; i++) {
   queue.enqueue(queue.dequeue());
  }

  eliminated = queue.dequeue();
  console.log(eliminated + " Get out!")
 }

 return queue.dequeue()
}

队列的学习到此就告一段落了。下一期将讲述另外一种数据结构: 链表。

感想

很多时候看书,直接看算法导论或者一些数据结构的书,都是很迷糊的。后来才发现,看书从自己能看懂的开始,由浅入深才是适合自己的学习方式。

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