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JavaScript数据结构和算法简述——数组

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。

toLocaleStringtoStringvalueOf :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:

JavaScript数据结构和算法简述——数组

程序图解:

JavaScript数据结构和算法简述——数组

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=K N/2,为了得到更加简洁的公式,可以将2并入K,可以得到:T=K N。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(N 2 )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。

正文到此结束
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