JavaScript数据结构——栈的实现与应用

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  在计算机编程中,栈是有一种很常见的数据社会形态,它遵从后进先出(LIFO——Last In First Out)原则,新再加或待删除的元素保指在栈的同一端,称作栈顶,另一端称作栈底。在栈中,新元素突然靠近栈顶,而旧元素突然接近栈底。

  让亲戚亲戚朋友来看看在JavaScript中何如实现栈有一种数据社会形态。

function Stack() {

let items = [];

// 向栈再加新元素 this.push = function (element) { items.push(element); }; // 从栈内弹出一另另一个多元素 this.pop = function () { return items.pop(); }; // 返回栈顶的元素 this.peek = function () { return items[items.length - 1]; }; // 判断栈否是为空 this.isEmpty = function () { return items.length === 0; }; // 返回栈的长度 this.size = function () { return items.length; }; // 清空栈 this.clear = function () { items = []; }; // 打印栈内的所有元素 this.print = function () { console.log(items.toString()); }; }

  亲戚亲戚朋友用最简单的土办法定义了一另另一个多Stack类。在JavaScript中,亲戚亲戚朋友用function来表示一另另一个多类。否则亲戚亲戚朋友在有一种类中定义了一些土办法,用来模拟栈的操作,以及一些辅助土办法。代码很简单,看起来一目了然,接下来亲戚亲戚朋友尝试写一些测试用例来看看有一种类的一些用法。

let stack = new Stack();
console.log(stack.isEmpty()); // true

stack.push(5);
stack.push(8);
console.log(stack.peek()); // 8

stack.push(11);
console.log(stack.size()); // 3
console.log(stack.isEmpty()); // false

stack.push(15);
stack.pop();
stack.pop();
console.log(stack.size()); // 2
stack.print(); // 5,8

stack.clear();
stack.print(); // 

  返回结果也和预期的一样!亲戚亲戚朋友成功地用JavaScript模拟了栈的实现。否则这里有个小问题报告 ,否则亲戚亲戚朋友用JavaScript的function来模拟类的行为,否则在其中声明了一另另一个多私有变量items,否则有一种类的每个实例还会创建一另另一个多items变量的副本,否则有多个Stack类的实例一句话,这显否则会最佳方案。亲戚亲戚朋友尝试用ES6(ECMAScript 6)的语法重写Stack类。

class Stack {
    constructor () {
        this.items = [];
    }

    push(element) {
        this.items.push(element);
    }

    pop() {
        return this.items.pop();
    }

    peek() {
        return this.items[this.items.length - 1];
    }

    isEmpty() {
        return this.items.length === 0;
    }

    size() {
        return this.items.length;
    }

    clear() {
        this.items = [];
    }

    print() {
        console.log(this.items.toString());
    }
}

  那末 太久的改变,亲戚亲戚朋友本来我用ES6的比较复杂语法将里边的Stack函数转再加了Stack类。类的成员变量那末 装入去constructor构造函数中来声明。虽然代码看起来更像类了,否则成员变量items仍然是公有的,亲戚亲戚朋友不希望在类的结构访问items变量而对其中的元素进行操作,否则本来我会破坏栈有一种数据社会形态的基本社会形态。亲戚亲戚朋友能那末 借用ES6的Symbol来限定变量的作用域。

let _items = Symbol();

class Stack {
    constructor () {
        this[_items] = [];
    }

    push(element) {
        this[_items].push(element);
    }

    pop() {
        return this[_items].pop();
    }

    peek() {
        return this[_items][this[_items].length - 1];
    }

    isEmpty() {
        return this[_items].length === 0;
    }

    size() {
        return this[_items].length;
    }

    clear() {
        this[_items] = [];
    }

    print() {
        console.log(this[_items].toString());
    }
}

  本来我,亲戚亲戚朋友就那末 再通过Stack类的实例来访问其结构成员变量_items了。否则仍然能那末 有变通的土办法来访问_items:

let stack = new Stack();
let objectSymbols = Object.getOwenPropertySymbols(stack);

  通过Object.getOwenPropertySymbols()土办法,亲戚亲戚朋友能那末 获取到类的实例中的所有Symbols属性,否则就能那末 对其进行操作了,那末 说来,有一种土办法仍然那末 完美实现亲戚亲戚朋友你会 的效果。亲戚亲戚朋友能那末 使用ES6的WeakMap类来确保Stack类的属性是私有的:

const items = new WeakMap();

class Stack {
    constructor () {
        items.set(this, []);
    }

    push(element) {
        let s = items.get(this);
        s.push(element);
    }

    pop() {
        let s = items.get(this);
        return s.pop();
    }

    peek() {
        let s = items.get(this);
        return s[s.length - 1];
    }

    isEmpty() {
        return items.get(this).length === 0;
    }

    size() {
        return items.get(this).length;
    }

    clear() {
        items.set(this, []);
    }

    print() {
        console.log(items.get(this).toString());
    }
}

  现在,items在Stack类里是真正的私有属性了,否则,它是在Stack类的结构声明的,这就意味着着分析谁都能那末 对它进行操作,虽然亲戚亲戚朋友能那末 将Stack类和items变量的声明装入去闭包中,否则本来我却又选择选择离开了类有一种的一些社会形态(如扩展类无法继承私有属性)。本来,尽管亲戚亲戚朋友能那末 用ES6的新语法来比较复杂一另另一个多类的实现,否则毕竟那末 像其它强类型语言一样声明类的私有属性和土办法。有一些土办法都能那末 达到相同的效果,但无论是语法还是性能,还会有个人所有的优缺点。

let Stack = (function () {
    const items = new WeakMap();
    class Stack {
        constructor () {
            items.set(this, []);
        }

        push(element) {
            let s = items.get(this);
            s.push(element);
        }

        pop() {
            let s = items.get(this);
            return s.pop();
        }

        peek() {
            let s = items.get(this);
            return s[s.length - 1];
        }

        isEmpty() {
            return items.get(this).length === 0;
        }

        size() {
            return items.get(this).length;
        }

        clear() {
            items.set(this, []);
        }

        print() {
            console.log(items.get(this).toString());
        }
    }
    return Stack;
})();

  下面亲戚亲戚朋友来看看栈在实际编程中的应用。

进制转换算法

  将十进制数字10转再加二进制数字,过程大致如下:

  10 / 2 = 5,余数为0

  5 / 2 = 2,余数为1

  2 / 2 = 1,余数为0

  1 / 2 = 0, 余数为1

  亲戚亲戚朋友将上述每一步的余数颠倒顺序排列起来,就得到转换过后的结果:1010。

  按照有一种逻辑,亲戚亲戚朋友实现下面的算法:

function divideBy2(decNumber) {
   let remStack = new Stack();
   let rem, binaryString = '';

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

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

   return binaryString;
}

console.log(divideBy2(233)); // 111011501
console.log(divideBy2(10)); // 1010
console.log(divideBy2(11150)); // 11111011150

  Stack类能那末 自行引用本文前面定义的任意一另另一个多版本。亲戚亲戚朋友将有一种函数再进一步抽象一下,使之能那末 实现任意进制之间的转换。

function baseConverter(decNumber, base) {
    let remStack = new Stack();
    let rem, baseString = '';
    let digits = '0123456789ABCDEF';

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

    while(!remStack.isEmpty()) {
        baseString += digits[remStack.pop()];
    }

    return baseString;
}

console.log(baseConverter(233, 2)); // 111011501
console.log(baseConverter(10, 2)); // 1010
console.log(baseConverter(11150, 2)); // 11111011150

console.log(baseConverter(233, 8)); // 351
console.log(baseConverter(10, 8)); // 12
console.log(baseConverter(11150, 8)); // 17150

console.log(baseConverter(233, 16)); // E9
console.log(baseConverter(10, 16)); // A
console.log(baseConverter(11150, 16)); // 3E8

  亲戚亲戚朋友定义了一另另一个多变量digits,用来存储各进制转换时每一步的余数所代表的符号。如:二进制转换时余数为0,对应的符号为digits[0],即0;八进制转换时余数为7,对应的符号为digits[7],即7;十六进制转换时余数为11,对应的符号为digits[11],即B。

汉诺塔

  有关汉诺塔的传说和由来,读者能那末 自行百度。这里有一另另一个多和汉诺塔这一的小故事,能那末 跟亲戚亲戚朋友分享一下。

  1. 有一另另一个多古老的传说,印度的舍罕王(Shirham)打算重赏国际象棋的发名者人和进贡者,宰相西萨·班·达依尔(Sissa Ben Dahir)。这位聪明的大臣的胃口看来暂且大,他跪在国王身旁说:“陛下,请您在这张棋盘的第一另另一个多小格内,赏给我一粒小麦;在第八个小格内给两粒,第三格内给四粒,照本来我下去,每一小格内都比前一小格加一倍。陛下啊,把本来我摆满棋盘上所有64格的麦粒,都赏给您的仆人吧!”。“爱卿。你所求的暂且多啊。”国王说道,心里为被委托人对本来我一件奇妙的发名者所许下的慷慨赏诺不致破费太久而暗喜。“你当然会如愿以偿的。”说着,他令人把一袋麦子拿到宝座前。计数麦粒的工作现在现在开始。第一格内放一粒,第二格内放两粒,第三格内放四粒,......还没到第二十格,塑料尼龙袋 否则空了。一袋又一袋的麦子被扛到国王身旁来。否则,麦粒数一格接以各地增长得那样飞快了 了 ,更快就能那末 看出,即便拿来全印度的粮食,国王也兑现不了他对西萨·班·达依尔许下的诺言了,否则这还并能有18 446 744 073 709 551 615颗麦粒呀!

  有一种故事虽然是一另另一个多数学级数问题报告 ,这位聪明的宰相所要求的麦粒数能那末 写成数学式子:1 + 2 + 22 + 23 + 24 + ...... 262 + 263 

  推算出来本来我:

  

  其计算结果本来我18 446 744 073 709 551 615,这是一另另一个多相当大的数!否则按照这位宰相的要求,还并能全世界在1150年内所生产的全部小麦并能满足。

  2. 另外一另另一个多故事也是出自印度。在世界中心贝拿勒斯的圣庙里,安放着一另另一个多黄铜板,板上插着一根绳子 宝石针。一根绳子 针高约1腕尺,像韭菜叶那样粗细。梵天在创造世界的过后,在其中的一根绳子 针上从下到装入去下了由大到小的64片金片。这本来我所谓的梵塔。不论白天黑夜,还会一另另一个多值班的僧侣按照梵天不渝的法则,把哪几种金片在一根绳子 针上移来移去:一次那末 移一片,否则要求不管在哪一根绳子 针上,小片永远在大片的里边。当所有64片都从梵天创造世界时所放的那根针上移到另外一根绳子 针上时,世界就将在一声霹雳中消灭,梵塔、庙宇和众生都将同归于尽。这虽然本来我亲戚亲戚朋友要说的汉诺塔问题报告 ,和第一另另一个多故事一样,要把这座梵塔全部64片金片都移到另一根绳子 针上,所还并能的时间按照数学级数公式计算出来:1 + 2 + 22 + 23 + 24 + ...... 262 + 263 = 264 - 1 = 18 446 744 073 709 551 615

  一年有31 558 000秒,假使 僧侣们每一秒钟移动一次,日夜不停,节假日照常干,也还并能将近51150亿年并能完成!

  好了,现在让亲戚亲戚朋友来试虽然现汉诺塔的算法。

  为了说明汉诺塔中每一另另一个多小块的移动过程,亲戚亲戚朋友先考虑简单一些的具体情况。假设汉诺塔那末 三层,借用百度百科的图,移动过程如下:

  一共还并能七步。亲戚亲戚朋友用代码描述如下:

function hanoi(plates, source, helper, dest, moves = []) {
    if (plates <= 0) {
        return moves;
    }
    if (plates === 1) {
        moves.push([source, dest]);
    } else {
        hanoi(plates - 1, source, dest, helper, moves);
        moves.push([source, dest]);
        hanoi(plates - 1, helper, source, dest, moves);
    }
    return moves;
}

  下面是执行结果:

console.log(hanoi(3, 'source', 'helper', 'dest'));
[
  [ 'source', 'dest' ],
  [ 'source', 'helper' ],
  [ 'dest', 'helper' ],
  [ 'source', 'dest' ],
  [ 'helper', 'source' ],
  [ 'helper', 'dest' ],
  [ 'source', 'dest' ]
]

  能那末 试着将3改成大一些的数,这一14,你否则得到如下图一样的结果:

  否则亲戚亲戚朋友将数改成64呢?就像里边第八个故事里所描述的一样。恐怕要令你失望了!这过后你会 发现你的守护程序运行运行无法正确返回结果,甚至会否则超出递归调用的嵌套次数而报错。这否是则移动64层的汉诺塔所还并能的步骤是一另另一个多很大的数字,亲戚亲戚朋友在前面的故事中否则描述过了。否则真要实现有一种过程,有一种小守护程序运行运行恐怕很难做到了。

  搞清楚了汉诺塔的移动过程,亲戚亲戚朋友能那末 将里边的代码进行扩充,把亲戚亲戚朋友在前面定义的栈的数据社会形态应用进来,全部的代码如下:

function towerOfHanoi(plates, source, helper, dest, sourceName, helperName, destName, moves = []) {
    if (plates <= 0) {
        return moves;
    }
    if (plates === 1) {
        dest.push(source.pop());
        const move = {};
        move[sourceName] = source.toString();
        move[helperName] = helper.toString();
        move[destName] = dest.toString();
        moves.push(move);
    } else {
        towerOfHanoi(plates - 1, source, dest, helper, sourceName, destName, helperName, moves);
        dest.push(source.pop());
        const move = {};
        move[sourceName] = source.toString();
        move[helperName] = helper.toString();
        move[destName] = dest.toString();
        moves.push(move);
        towerOfHanoi(plates - 1, helper, source, dest, helperName, sourceName, destName, moves);
    }
    return moves;
}

function hanoiStack(plates) {
    const source = new Stack();
    const dest = new Stack();
    const helper = new Stack();

    for (let i = plates; i > 0; i--) {
        source.push(i);
    }

    return towerOfHanoi(plates, source, helper, dest, 'source', 'helper', 'dest');
}

  亲戚亲戚朋友定义了一另另一个多栈,用来表示汉诺塔中的一另另一个多针塔,否则按照函数hanoi()中相同的逻辑来移动有一种另另一个多栈中的元素。当plates的数量为3时,执行结果如下:

[
  {
    source: '[object Object]',
    helper: '[object Object]',
    dest: '[object Object]'
  },
  {
    source: '[object Object]',
    dest: '[object Object]',
    helper: '[object Object]'
  },
  {
    dest: '[object Object]',
    source: '[object Object]',
    helper: '[object Object]'
  },
  {
    source: '[object Object]',
    helper: '[object Object]',
    dest: '[object Object]'
  },
  {
    helper: '[object Object]',
    dest: '[object Object]',
    source: '[object Object]'
  },
  {
    helper: '[object Object]',
    source: '[object Object]',
    dest: '[object Object]'
  },
  {
    source: '[object Object]',
    helper: '[object Object]',
    dest: '[object Object]'
  }
]

   栈的应用在实际编程中非常普遍,下一章亲戚亲戚朋友来看看另有一种数据社会形态:队列。