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JavaScript数据结构和算法简述——数组

2015-10-05 19:57 前端大全

(点击上方,可快速关注)


作者:AlloyTeam

网址:http://www.alloyteam.com/2015/09/brief-javascript-data-structures-and-algorithms-the-array/


为什么先讲数组


数据结构可以简单的被分为线性结构和非线性结构。


线性结构大致包括:


  1. 数组(连续存储);

  2. 链表(离散存储);

  3. 栈(线性结构常见应用,由链表或数组增删和改进功能实现);

  4. 队列(线性结构常见应用,由链表或数组增删和改进功能实现);


非线性结构大致包括:


  1. 树;

  2. 图;


其中,数组是应用最广泛的数据存储结构。它被植入到大部分编程语言中。由于数组十分容易懂,所以它被用来作为介绍数据结构的起点非常合适。


JavaScript数组基础知识


在ECMAScript中数组是非常常用的引用类型了。ECMAScript所定义的数组和其他语言中的数组有着很大的区别。那么首先要说的就是数组在js中是一种特殊的对象。


特点:


  1. 数组是一组数据的线性集合;

  2. js数组更加类似java中的容器。长度可变,元素类型也可以不同;

  3. 数组的长度可以随时修改(length属性);


常用操作方法:


  • push、pop

  • shift、unshift

  • splice、slice

  • concat、join、sort、reverse等


JavaScript数组操作


一、 数组方法:


1、 数组的创建


var array = [];

var array = new Array(); //创建一个数组

var array = new Array([size]); //创建一个数组并指定长度,注意不是上限,是长度

var array = new Array([element0[, element1[, ...[, elementN]]]]); //创建一个数组并赋值


注意:虽然第三种方法创建数组指定了长度,但实际上所有情况下数组都是变长的,也就是说即使指定了长度为5,仍然可以将元素存储在规定长度以外的,并且这时长度会随之改变。


2、 数组元素的访问


var getArrItem=array[1]; //获取数组的元素值

array[1]= "new value"; //给数组元素赋予新的值


3、 数组元素的添加


array. push([item1 [item2 [. . . [itemN ]]]]);// 将一个或多个新元素添加到数组结尾,并返回数组新长度


array.unshift([item1 [item2 [. . . [itemN ]]]]);// 将一个或多个新元素添加到数组开始,数组中的元素自动后移,返回数组新长度


array.splice(insertPos,0,[item1[, item2[, . . . [,itemN]]]]);//将一个或多个新元素插入到数组的指定位置,插入位置的元素自动后移,返回""。


4、 数组元素的删除


array.pop(); //移除最后一个元素并返回该元素值


array.shift(); //移除最前一个元素并返回该元素值,数组中元素自动前移


array.splice(deletePos,deleteCount); //删除从指定位置deletePos开始的指定数量deleteCount的元素,数组形式返回所移除的元素


array.slice(start, [end]); //以数组的形式返回数组的一部分,注意不包括 end 对应的元素,如果省略 end 将复制 start 之后的所有元素


5、 数组的合并


array.concat([item1[, item2[, . . . [,itemN]]]]); //将多个数组(也可以是字符串,或者是数组和字符串的混合)连接为一个数组,返回连接好的新的数组


6、 数组的拷贝


array.slice(0); //返回数组的拷贝数组,注意是一个新的数组,不是指向


array.concat(); //返回数组的拷贝数组,注意是一个新的数组,不是指向


7、 数组元素的排序


array.reverse(); //反转元素(最前的排到最后、最后的排到最前),返回数组地址


array.sort(); //对数组元素排序,返回数组地址


8、 数组元素的字符串化


array.join(separator); //返回字符串,这个字符串将数组的每一个元素值连接在一起,中间用 separator 隔开。


toLocaleString toString valueOf:可以看作是join的特殊用法,不常用


简单介绍了下数组各个方法的使用,也算是对js数组学习的一个review和总结,利用这些方法可以实现数组更复杂些的操作,具体大家可以自己去实践。可见,js数组的功能很强大。


二、 数组属性


1、 length属性


length属性表示数组的长度,即其中元素的个数。因为数组的索引总是由0开始,所以一个数组的上下限分别是:0和length-1。和其他大多数语言不同的是,JavaScript数组的length属性是可变的,这一点需要特别注意。当length属性被设置得更大时,整个数组的状态事实上不会发生变化,仅仅是length属性变大;当length属性被设置得比原来小时,则原先数组中索引大于或等于length的元素的值全部被丢失。下面是演示改变length属性的例子:


var arr=[12,23,5,3,25,98,76,54,56,76];


//定义了一个包含10个数字的数组


print(arr.length); //显示数组的长度10


arr.length=12; //增大数组的长度


print(arr.length); //显示数组的长度已经变为12


print(arr[8]); //显示第9个元素的值,为56


arr.length=5; //将数组的长度减少到5,索引等于或超过5的元素被丢弃


print(arr[8]); //显示第9个元素已经变为"undefined"


arr.length=10; //将数组长度恢复为10


print(arr[8]); //虽然长度被恢复为10,但第9个元素却无法收回,显示"undefined"


由上面的代码我们可以清楚的看到length属性的性质。但length对象不仅可以显式的设置,它也有可能被隐式修改。JavaScript中可以使用一个未声明过的变量,同样,也可以使用一个未定义的数组元素(指索引超过或等于length的元素),这时,length属性的值将被设置为所使用元素索引的值加1。例如下面的代码:


var arr=[12,23,5,3,25,98,76,54,56,76];


print(arr.length); // 10


arr[15]=34;


print(arr.length); // 16


代码中同样是先定义了一个包含10个数字的数组,可以看出其长度为10。随后使用了索引为15的元素,将其赋值为15,即 arr[15]=34,这时再输出数组的长度,得到的是16。无论如何,对于习惯于强类型编程的开发人员来说,这是一个很令人惊讶的特性。事实上,使用new Array()形式创建的数组,其初始长度就是为0,正是对其中未定义元素的操作,才使数组的长度发生变化。


综上,利用length属性可以方便的增加或者减少数组的容量。


2、 prototype属性


返回对象类型原型的引用。prototype 属性是 object 共有的。


objectName.prototype


objectName 参数是object对象的名称。


对于数组对象,以下例子说明 prototype 属性的用途。


给数组对象添加返回数组中最大元素值的方法。要完成这一点,声明一个函数,将它加入 Array.prototype, 并使用它。


function array_max() {

var i,

max = this[0];

for (i = 1; i < this.length; i++) {

if (max < this[i])

max = this[i];

}

return max;

}

Array.prototype.max = array_max;

var x = new Array(1, 2, 3, 4, 5, 6);

print(x.max()); // 6


3、 constructor属性


表示创建对象的函数。


object.constructor // object是对象或函数的名称。


说明:constructor 属性是所有具有 prototype 的对象的成员。constructor 属性保存了对构造特定对象实例的函数的引用。


x = new Array();

print(x.constructor === Array); // true


JavaScript数组算法的C语言实现


使用没有指针的语言,个人觉得无法将数据结构和算法的精髓讲的出来,而且js底层已将数组相关算法封装好,所以这里不使用原生的js或者java等,而是使用c语言来实现。为了照顾没有学过指针的同学,我会尽可能的简单实现,并写好注释,画好图解,大家可以体会一下。


# include <stdio.h>

# include <malloc.h> //包含了malloc函数

# include <stdlib.h> //包含了exit函数


//定义了一个数据类型,该数据类型的名字叫做struct Arr, 该数据类型含有三个成员,分别是pBase, len, cnt

struct Arr

{

int * pBase; //存储的是数组第一个元素的地址

int len; //数组所能容纳的最大元素的个数

int cnt; //当前数组有效元素的个数

};


void init_arr(struct Arr *, int); //初始化数组

bool is_empty(struct Arr *); // 数组是否为空

bool is_full(struct Arr *); // 数组是否已满

bool push(struct Arr *, int); //追加元素

void sort(struct Arr *); // 排序

void reverse(struct Arr *); // 逆序

bool insert(struct Arr *, int, int); // 插入元素

bool del(struct Arr *, int, int *); // 删除元素

void show_arr(struct Arr *); // 打印数组


int main(void) {

struct Arr arr;


int val; // 存储删除元素


init_arr(&arr, 6); // 初始化数组

show_arr(&arr);


push(&arr, 4); // 在尾部追加元素

push(&arr, 1);

push(&arr, -1);

push(&arr, 10);

push(&arr, 0);

push(&arr, 6);

show_arr(&arr);


sort(&arr); // 排序

show_arr(&arr);


reverse(&arr); // 逆序

show_arr(&arr);


del(&arr, 4, &val); // 删除指定位置元素

printf("您删除的元素是: %d\n", val);

show_arr(&arr);


insert(&arr, 4, 20); // 在指定位置插入元素

show_arr(&arr);


return 0;

}


void init_arr(struct Arr * pArr, int length) {

pArr->pBase = (int *)malloc(sizeof(int) * length);

if(NULL == pArr->pBase) {

printf("动态内存分配失败!\n");

exit(-1); //终止整个程序

}

else {

pArr->len = length;

pArr->cnt = 0;

}

return;

}


bool is_empty(struct Arr * pArr) {

if(0 == pArr->cnt) {

return true;

} else {

return false;

}

}


bool is_full(struct Arr * pArr) {

if (pArr->cnt == pArr->len) {

return true;

} else {

return false;

}

}


void show_arr(struct Arr * pArr) {

if(is_empty(pArr)) {

printf("数组为空!\n");

} else {

for(int i=0; i<pArr->cnt; ++i) {

printf("%d ", pArr->pBase[i]);

}

printf("\n");

}

}


bool push(struct Arr * pArr, int val) {

//满了就返回false

if(is_full(pArr)) {

return false;

}

//不满时追加

pArr->pBase[pArr->cnt] = val;

(pArr->cnt)++;

return true;

}


void sort(struct Arr * pArr) {

int i, j, t;

// 简单的冒泡排序法实现,后面的章节会单独讲排序算法

for(i=0; i<pArr->cnt; ++i) {

for(j=i+1; j<pArr->cnt; ++j) {

if(pArr->pBase[i] > pArr->pBase[j]) {

t = pArr->pBase[i];

pArr->pBase[i] = pArr->pBase[j];

pArr->pBase[j] = t;

}

}

}

}


void reverse(struct Arr * pArr) {

int i = 0;

int j = pArr->cnt-1;

int t;

// 当i<j时,置换i和j位置的元素

while(i < j) {

t = pArr->pBase[i];

pArr->pBase[i] = pArr->pBase[j];

pArr->pBase[j] = t;

++i;

--j;

}

return;

}


bool insert(struct Arr * pArr, int pos, int val) {

int i;

// 满了就算了

if(is_full(pArr)) {

return false;

}

// 如果插入的位置不在数组有效范围内就算了

if(pos<1 || pos>pArr->cnt+1) {

return false;

}

// 从插入位置开始后移各元素,将插入位置空出

for(i=pArr->cnt-1; i>=pos-1; --i) {

pArr->pBase[i+1] = pArr->pBase[i];

}

// 给插入位置的元素赋值

pArr->pBase[pos-1] = val;

//数组有效长度自增

(pArr->cnt)++;

return true;

}


bool del(struct Arr * pArr, int pos, int * pVal) {

int i;

// 空就算了

if(is_empty(pArr)) {

return false;

}

// 不在有效范围内就算了

if (pos<1 || pos>pArr->cnt) {

return false;

}

// 存储被删除元素

*pVal = pArr->pBase[pos-1];

// 从删除位置开始,前移各元素,将删除位置堵死

for (i=pos; i<pArr->cnt; ++i) {

pArr->pBase[i-1] = pArr->pBase[i];

}

// 数组有效长度自减

pArr->cnt--;

return true;

}


执行结果:



程序图解:



衡量算法的标准


需要详细了解的同学请阅读相关书籍。这里我简单介绍一下。


1、 时间复杂度


程序大概要执行的次数,而非执行的时间


通常使用大O表示法(含义:”order of”大约是)来表示。比如无序数组的插入,无论数组中有多少数据项,都只需要在下一个有空的地方进行一步插入操作,那么可以说向一个无序数组中插入一个数据项的时间T是一个常数K: T=K;又比如线性查找,查找特定数据项所需的比较次数平均为数据项总数的一半,因此可以说:T=KN/2,为了得到更加简洁的公式,可以将2并入K,可以得到:T=KN。大O表示法同上面的公式比较类似,但是它省略了常数K。当比较算法时,并不在乎具体的处理器或者编译器,真正需要比较的是对应不同的N值T是怎样变化的,而不是具体的数字。


用大O表示法表示数组相关算法运行时间:


算法 大O表示法
线性查找 O(N)
二分查找 O(logN)
无序数组的插入 O(1)
有序数组的插入 O(N)
无序数组的删除 O(N)
有序数组的删除 O(N)


注:O(1)是优秀;O(logN)是良好;O(N)还可以;O(N2)就差一些了。


2、 空间复杂度


算法执行过程中大概所占用的最大内存


3、 难易程度


写出来的算法不能只让自己看得懂,或者自己写完以后自己也看不懂了。。。


4、 健壮性


不能一用就崩溃。。。


为什么不用数组表示一切


仅用数组看似可以完成所有的工作,那么为什么不用它来进行所有的数据存储呢?


在一个无序数组中可以很快进行插入(O(1)),但是查找却要花费较多的时间O(N)。在一个有序数组中可以查找的很快(O(logN)),但是插入却要O(N)。对于有序和无序数组,由于平均半数的数据项需要移动,所以删除操作平均需要花费O(N)。


如果有一种数据结构进行任何插入、删除和查找操作都很快(O(1)或者O(logN)),那就太爽了哈。后面我们会向这一目标靠近。




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