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JS中的算法與數(shù)據(jù)結(jié)構之鏈表(Linked-list)實例詳解

 更新時間：2019年08月20日 09:41:57   作者：Cryptic  
這篇文章主要介紹了JS中的算法與數(shù)據(jù)結(jié)構之鏈表(Linked-list),結(jié)合實例形式詳細分析了javascript中鏈表的概念、原理、定義及常用操作技巧,需要的朋友可以參考下

本文實例講述了JS中的算法與數(shù)據(jù)結(jié)構之鏈表(Linked-list)。分享給大家供大家參考，具體如下：

鏈表(Linked-list)

前面我們討論了如何使用棧、隊列進行存數(shù)數(shù)據(jù)，他們其實都是列表的一種，底層存儲的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構都是數(shù)組。

但是數(shù)組不總是最佳的數(shù)據(jù)結(jié)構，因為，在很多編程語言中，數(shù)組的長度都是固定的，如果數(shù)組已被數(shù)據(jù)填滿，再要加入新的元素是非常困難的。而且，對于數(shù)組的刪除和添加操作，通常需要將數(shù)組中的其他元素向前或者向后平移，這些操作也是十分繁瑣的。

然而，JS中數(shù)組卻不存在上述問題，主要是因為他們被實現(xiàn)了成了對象，但是與其他語言相比（比如C或Java），那么它的效率會低很多。

這時候，我們可以考慮使用鏈表(Linked-list) 來替代它，除了對數(shù)據(jù)的隨機訪問，鏈表幾乎可以在任何可以使用一維數(shù)組的情況中。如果你正巧在使用C或者Java等高級語言，你會發(fā)現(xiàn)鏈表的表現(xiàn)要優(yōu)于數(shù)組很多。

鏈表其實有許多的種類：單向鏈表、雙向鏈表、單向循環(huán)鏈表和雙向循環(huán)鏈表，接下來，我們基于對象來實現(xiàn)一個單向鏈表，因為它的使用最為廣泛。

鏈表的定義

首先，要實現(xiàn)鏈表，我們先搞懂一些鏈表的基本東西，因為這很重要！

鏈表是一組節(jié)點組成的集合，每個節(jié)點都使用一個對象的引用來指向它的后一個節(jié)點。指向另一節(jié)點的引用講做鏈。下面我畫了一個簡單的鏈接結(jié)構圖，方便大家理解。

 
鏈表結(jié)構圖

其中，data中保存著數(shù)據(jù)，next保存著下一個鏈表的引用。上圖中，我們說 data2 跟在 data1 后面，而不是說 data2 是鏈表中的第二個元素。上圖，值得注意的是，我們將鏈表的尾元素指向了 null 節(jié)點，表示鏈接結(jié)束的位置。

由于鏈表的起始點的確定比較麻煩，因此很多鏈表的實現(xiàn)都會在鏈表的最前面添加一個特殊的節(jié)點，稱為 頭節(jié)點，表示鏈表的頭部。進過改造，鏈表就成了如下的樣子：

 
有頭節(jié)點的鏈表

向鏈表中插入一個節(jié)點的效率很高，需要修改它前面的節(jié)點(前驅(qū))，使其指向新加入的節(jié)點，而將新節(jié)點指向原來前驅(qū)節(jié)點指向的節(jié)點即可。下面我將用圖片演示如何在 data2 節(jié)點 后面插入 data4 節(jié)點。

 
插入節(jié)點

同樣，從鏈表中刪除一個節(jié)點，也很簡單。只需將待刪節(jié)點的前驅(qū)節(jié)點指向待刪節(jié)點的，同時將待刪節(jié)點指向null，那么節(jié)點就刪除成功了。下面我們用圖片演示如何從鏈表中刪除 data4 節(jié)點。

 
刪除節(jié)點

鏈表的設計

我們設計鏈表包含兩個類，一個是 Node 類用來表示節(jié)點，另一個事 LinkedList 類提供插入節(jié)點、刪除節(jié)點等一些操作。

Node類

Node類包含連個屬性： element 用來保存節(jié)點上的數(shù)據(jù)，next 用來保存指向下一個節(jié)點的鏈接，具體實現(xiàn)如下：

//節(jié)點
function Node(element) {
  this.element = element;  //當前節(jié)點的元素
  this.next = null;     //下一個節(jié)點鏈接
}



LinkedList類


LinkedList類提供了對鏈表進行操作的方法，包括插入刪除節(jié)點，查找給定的值等。值得注意的是，它只有一個屬性，那就是使用一個 Node 對象來保存該鏈表的頭節(jié)點。


它的構造函數(shù)的實現(xiàn)如下：




//鏈表類
function LList () {
  this.head = new Node( 'head' );   //頭節(jié)點
  this.find = find;          //查找節(jié)點
  this.insert = insert;        //插入節(jié)點
  this.remove = remove;        //刪除節(jié)點
  this.findPrev = findPrev;      //查找前一個節(jié)點
  this.display = display;       //顯示鏈表
}







head節(jié)點的next屬性初始化為 null ，當有新元素插入時，next會指向新的元素。


接下來，我們來看看具體方法的實現(xiàn)。


insert：向鏈表插入一個節(jié)點


我們先分析分析insert方法，想要插入一個節(jié)點，我們必須明確要在哪個節(jié)點的前面或后面插入。我們先來看看，如何在一個已知節(jié)點的后面插入一個節(jié)點。


在一個已知節(jié)點后插入新節(jié)點，我們首先得找到該節(jié)點，為此，我們需要一個 find 方法用來遍歷鏈表，查找給定的數(shù)據(jù)。如果找到，該方法就返回保存該數(shù)據(jù)的節(jié)點。那么，我們先實現(xiàn) find 方法。


find：查找給定節(jié)點




//查找給定節(jié)點

function find ( item ) {
  var currNode = this.head;
  while ( currNode.element != item ){
    currNode = currNode.next;
  }
  return currNode;
}







find 方法同時展示了如何在鏈表上移動。首先，創(chuàng)建一個新節(jié)點，將鏈表的頭節(jié)點賦給這個新創(chuàng)建的節(jié)點，然后在鏈表上循環(huán)，如果當前節(jié)點的 element 屬性和我們要找的信息不符，就將當前節(jié)點移動到下一個節(jié)點，如果查找成功，該方法返回包含該數(shù)據(jù)的節(jié)點；否則，就會返回null。


一旦找到了節(jié)點，我們就可以將新的節(jié)點插入到鏈表中了，將新節(jié)點的 next 屬性設置為后面節(jié)點的 next 屬性對應的值，然后設置后面節(jié)點的 next 屬性指向新的節(jié)點，具體實現(xiàn)如下：




//插入節(jié)點

function insert ( newElement , item ) {
  var newNode = new Node( newElement );
  var currNode = this.find( item );
  newNode.next = currNode.next;
  currNode.next = newNode;
}







現(xiàn)在我們可以測試我們的鏈表了。等等，我們先來定義一個 display 方法顯示鏈表的元素，不然我們怎么知道對不對呢？


display：顯示鏈表




//顯示鏈表元素

function display () {
  var currNode = this.head;
  while ( !(currNode.next == null) ){
    console.log( currNode.next.element );
    currNode = currNode.next;
  }
}







實現(xiàn)原理同上，將頭節(jié)點賦給一個新的變量，然后循環(huán)鏈表，直到當前節(jié)點的 next 屬性為 null 時停止循環(huán)，我們循環(huán)過程中將每個節(jié)點的數(shù)據(jù)打印出來就好了。




var fruits = new LList();

fruits.insert('Apple' , 'head');
fruits.insert('Banana' , 'Apple');
fruits.insert('Pear' , 'Banana');

console.log(fruits.display());    // Apple
                   // Banana
                   // Pear







remove：從鏈表中刪除一個節(jié)點




從鏈表中刪除節(jié)點時，我們先要找個待刪除節(jié)點的前一個節(jié)點，找到后，我們修改它的 next 屬性，使其不在指向待刪除的節(jié)點，而是待刪除節(jié)點的下一個節(jié)點。那么，我們就得需要定義一個 findPrevious 方法遍歷鏈表，檢查每一個節(jié)點的下一個節(jié)點是否存儲待刪除的數(shù)據(jù)。如果找到，返回該節(jié)點，這樣就可以修改它的 next 屬性了。 findPrevious 的實現(xiàn)如下：

//查找?guī)h除節(jié)點的前一個節(jié)點

function findPrev( item ) {
  var currNode = this.head;
  while ( !( currNode.next == null) && ( currNode.next.element != item )){
    currNode = currNode.next;
  }
  return currNode;
}







這樣，remove 方法的實現(xiàn)也就迎刃而解了




//刪除節(jié)點

function remove ( item ) {
  var prevNode = this.findPrev( item );
  if( !( prevNode.next == null ) ){
    prevNode.next = prevNode.next.next;
  }
}







我們接著寫一段測試程序，測試一下 remove 方法：




// 接著上面的代碼，我們再添加一個水果

fruits.insert('Grape' , 'Pear');
console.log(fruits.display());   // Apple
                  // Banana
                  // Pear
                  // Grape

// 我們把香蕉吃掉

fruits.remove('Banana');
console.log(fruits.display());   // Apple
                  // Pear
                  // Grape







Great！成功了，現(xiàn)在你已經(jīng)可以實現(xiàn)一個基本的單向鏈表了。


雙向鏈表


盡管從鏈表的頭節(jié)點遍歷鏈表很簡單，但是反過來，從后向前遍歷卻不容易。我們可以通過給Node類增加一個previous屬性，讓其指向前驅(qū)節(jié)點的鏈接，這樣就形成了雙向鏈表，如下圖：


 

雙向鏈表


此時，向鏈表插入一個節(jié)點就要更改節(jié)點的前驅(qū)和后繼了，但是刪除節(jié)點的效率提高了，不再需要尋找待刪除節(jié)點的前驅(qū)節(jié)點了。


雙向鏈表的實現(xiàn)


要實現(xiàn)雙向鏈表，首先需要給 Node 類增加一個 previous 屬性：




//節(jié)點類

function Node(element) {
  this.element = element;  //當前節(jié)點的元素
  this.next = null;     //下一個節(jié)點鏈接
  this.previous = null;   //上一個節(jié)點鏈接
}







雙向鏈表的 insert 方法與單鏈表相似，但需要設置新節(jié)點的 previous 屬性，使其指向該節(jié)點的前驅(qū)，定義如下：




//插入節(jié)點
function insert ( newElement , item ) {
  var newNode = new Node( newElement );
  var currNode = this.find( item );
  newNode.next = currNode.next;
  newNode.previous = currNode;
  currNode.next = newNode;
}







雙向鏈表的刪除 remove 方法比單鏈表效率高，不需要查找前驅(qū)節(jié)點，只要找出待刪除節(jié)點，然后將該節(jié)點的前驅(qū) next 屬性指向待刪除節(jié)點的后繼，設置該節(jié)點后繼 previous 屬性，指向待刪除節(jié)點的前驅(qū)即可。定義如下：




//刪除節(jié)點

function remove ( item ) {
  var currNode = this.find ( item );
  if( !( currNode.next == null ) ){
    currNode.previous.next = currNode.next;
    currNode.next.previous = currNode.previous;
    currNode.next = null;
    currNode.previous = null;
  }
}







還有一些反向顯示鏈表 dispReverse，查找鏈表最后一個元素 findLast 等方法，相信你已經(jīng)有了思路，這里我給出一個基本雙向鏈表的完成代碼，供大家參考。




 //節(jié)點
 
function Node(element) {
  this.element = element;  //當前節(jié)點的元素
  this.next = null;     //下一個節(jié)點鏈接
  this.previous = null;     //上一個節(jié)點鏈接
}

//鏈表類

function LList () {
  this.head = new Node( 'head' );
  this.find = find;
  this.findLast = findLast;
  this.insert = insert;
  this.remove = remove;
  this.display = display;
  this.dispReverse = dispReverse;
}

//查找元素

function find ( item ) {
  var currNode = this.head;
  while ( currNode.element != item ){
    currNode = currNode.next;
  }
  return currNode;
}

//查找鏈表中的最后一個元素

function findLast () {
  var currNode = this.head;
  while ( !( currNode.next == null )){
    currNode = currNode.next;
  }
  return currNode;
}


//插入節(jié)點

function insert ( newElement , item ) {
  var newNode = new Node( newElement );
  var currNode = this.find( item );
  newNode.next = currNode.next;
  newNode.previous = currNode;
  currNode.next = newNode;
}

//顯示鏈表元素

function display () {
  var currNode = this.head;
  while ( !(currNode.next == null) ){
    console.debug( currNode.next.element );
    currNode = currNode.next;
  }
}

//反向顯示鏈表元素

function dispReverse () {
  var currNode = this.findLast();
  while ( !( currNode.previous == null )){
    console.log( currNode.element );
    currNode = currNode.previous;
  }
}

//刪除節(jié)點

function remove ( item ) {
  var currNode = this.find ( item );
  if( !( currNode.next == null ) ){
    currNode.previous.next = currNode.next;
    currNode.next.previous = currNode.previous;
    currNode.next = null;
    currNode.previous = null;
  }
}

var fruits = new LList();

fruits.insert('Apple' , 'head');
fruits.insert('Banana' , 'Apple');
fruits.insert('Pear' , 'Banana');
fruits.insert('Grape' , 'Pear');

console.log( fruits.display() );    // Apple
                    // Banana
                    // Pear
                    // Grape
                    
console.log( fruits.dispReverse() );  // Grape
                    // Pear
                    // Banana
                    // Apple







循環(huán)鏈表


循環(huán)鏈表和單鏈表相似，節(jié)點類型都是一樣，唯一的區(qū)別是，在創(chuàng)建循環(huán)鏈表的時候，讓其頭節(jié)點的 next 屬性執(zhí)行它本身，即




head.next = head;







這種行為會導致鏈表中每個節(jié)點的 next 屬性都指向鏈表的頭節(jié)點，換句話說，也就是鏈表的尾節(jié)點指向了頭節(jié)點，形成了一個循環(huán)鏈表，如下圖所示：


 

循環(huán)鏈表


原理相信你已經(jīng)懂了，循環(huán)鏈表這里就不貼代碼了，相信你自己能獨立完成！


至此，我們對鏈表有了比較深刻的認識，如果想讓我們的鏈表更加健全，我們還可發(fā)揮自己的思維，給鏈表添加比如向前移動幾個節(jié)點，向后移動幾個節(jié)點，顯示當前節(jié)點等方法，大家一起加油！


感興趣的朋友可以使用在線HTML/CSS/JavaScript代碼運行工具：http://tools.jb51.net/code/HtmlJsRun測試上述代碼運行效果。


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希望本文所述對大家JavaScript程序設計有所幫助。

                            
                            

                        

                        
                        

                            
                        

                        
                        

                            
                        

                        

                        

                            
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