JavaScript中的自定义数据结构

JavaScript在执行应用程序时，需要有效地管理、存储和操纵数据。自定义数据结构 在这里扮演关键角色。JavaScript标准库提供了一些内建的数据结构如数组、对象和集合，但有时这些结构并不完全适合特定任务的需求。因此，开发者可以创建 自定义数据结构 如链表、栈、队列、哈希表、图、树等，以更有效地解决问题。例如，链表允许在不重新索引整个数据结构的情况下插入和删除元素，这在处理动态数据时非常有用。

一、链表

链表是一种线性数据结构，不同于数组，它不是连继存储的，而是由一系列节点组成，每个节点包含数据本身以及指向下一个节点的引用（或指针）。

链表的主要优点是它的动态性：可以很容易地在O(1)时间复杂度内插入或删除节点，而不需要移动其他元素。这是因为更新节点间的引用指针即可实现添加或删除操作。

实现链表

要实现链表，首先要定义节点类。节点通常有两个属性：一个用于存储数据，另一个用于存储指向下一个节点的引用。

class ListNode {
  constructor(data) {
    this.data = data;
    this.next = null;
  }
}

接着，定义链表类，它有两个属性：头节点和尾节点。链表的各种操作如添加、删除、搜索等方法也将在此类中定义。

class LinkedList {
  constructor() {
    this.head = null; // 链表的第一个节点
    this.tAIl = null; // 链表的最后一个节点
  }
  // 添加一个新的节点到链表尾部
  append(data) {
    const newNode = new ListNode(data);
    if (!this.head) {
      this.head = newNode;
      this.tail = newNode;
      return;
    }
    this.tail.next = newNode;
    this.tail = newNode;
  }
  // 其他链表方法...
}

二、栈

栈是一个后进先出（LIFO）的数据结构。栈有两个主要操作：入栈（push），即在栈顶添加元素；出栈（pop），即移除栈顶元素并返回。

实现栈

栈可以通过数组实现，也可以用链表实现。下面是一个使用数组实现的栈类：

class Stack {
  constructor() {
    this.items = [];
  }
  // 入栈操作
  push(item) {
    this.items.push(item);
  }
  // 出栈操作
  pop() {
    if (this.items.length === 0) {
      return null;
    }
    return this.items.pop();
  }
  // 查看栈顶元素
  peek() {
    if (this.items.length === 0) {
      return null;
    }
    return this.items[this.items.length - 1];
  }
  // 其他栈方法...
}

三、队列

队列是先进先出（FIFO）的数据结构。队列有两个主要操作：入队（enqueue），即在队尾添加元素；出队（dequeue），即移除队首元素并返回。

实现队列

队列通常使用数组来实现，但也可以用链表来实现，使得入队和出队操作都能在O(1)的时间复杂度内完成。

class Queue {
  constructor() {
    this.items = [];
  }
  // 入队操作
  enqueue(item) {
    this.items.push(item);
  }
  // 出队操作
  dequeue() {
    if (this.items.length === 0) {
      return null;
    }
    return this.items.shift();
  }
  // 查看队列的第一个元素
  front() {
    if (this.items.length === 0) {
      return null;
    }
    return this.items[0];
  }
  // 其他队列方法...
}

四、哈希表

哈希表是一种通过哈希函数来计算数据存储位置的数据结构。它允许快速的插入、删除和查找操作。哈希冲突是哈希表的一个常见问题，通常可以通过链表或开放地址法解决。

实现哈希表

实现哈希表需要定义一个好的哈希函数，该函数应该能够将输入均匀分布到不同的索引。然后在每个索引位置维护一个存储元素的链表（或使用开放地址法解决冲突）。

class HashTable {
  // 初始化哈希表的大小，默认为 32
  constructor(size = 32) {
    this.buckets = new Array(size);
    this.keys = {};
  }
  // 哈希函数，用于计算键的哈希值
  hash(key) {
    const hash = Array.from(key.toString()).reduce(
      (acc, char) => acc + char.charCodeAt(0),
      0
    );
    return hash % this.buckets.length;
  }
  // 设置键值对
  set(key, value) {
    const index = this.hash(key);
    // ...更多哈希表实现的细节
  }
  // 其他哈希表方法...
}

五、图

图是由节点（或称为顶点）和连接节点的边组成的集合。图可以是无向的，也可以是有向的，并可能有权重。

实现图

图的实现可以用邻接矩阵或邻接表来完成。在JavaScript中，可以使用对象和数组来构建邻接表，以表示图的结构。

class Graph {
  constructor() {
    this.vertices = {};
  }
  // 添加顶点
  addVertex(vertex) {
    this.vertices[vertex] = this.vertices[vertex] || [];
  }
  // 添加边
  addEdge(v1, v2) {
    this.vertices[v1].push(v2);
    // 如果是无向图，还需要添加v2到v1的边
    // this.vertices[v2].push(v1);
  }
  // 其他图方法...
}

六、树

树是一个由节点组成的层次数据结构，每个节点包含一条连接到其父节点和多条连接到其子节点的边。二叉树中，每个节点最多有两个子节点：左子节点和右子节点。

实现二叉树

在二叉树中，每个节点包含一个值、一个指向左子节点和一个指向右子节点的引用。可以通过定义一个节点类和树类来实现：

class BinaryTreeNode {
  constructor(value) {
    this.value = value;
    this.left = null;
    this.right = null;
  }
}
class BinaryTree {
  constructor() {
    this.root = null;
  }
  // 其他树操作方法...
}