JavaScript数据结构之栈

时间 2019-11-06

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总结一下这两天学习js数据结构中的栈

不学不知道，一学吓一跳。能够利用数据结构的思想来实现一些算法，能把本来O(n^2)的时间复杂度下降到O(1)，虽然只是对一些数组的api进行封装javascript

为何学习数据结构

1.语言是相通的吗

常常听不少前辈说，编程语言是相通的，掌握了一门，其余语言就就很容易掌握，可是我的认为每门语言都有本身的优缺点，都有本身能胜任的地方，也都有本身无能为力的地方。好比说让咱们前端工程师踏入后端领域的node.js，也只是在不少公司做为中间层来使用，并不能像java，c那样来真正的代替后端。好比说机器语言python，这样近乎万能的语言，在面对高性能计算的时候，利用的不少python库，底层也都是c语言实现的。因此我的认为真正相通的不是语言，而是数据结构和算法。数据结构和算法是脱离编程语言而存在的，不一样的语言有不一样的实现，但内在的逻辑不会有变化，所体现的编程思想不会有变化。html

2.一段亲身经历

在以前的面试中，去了一家是线上课程的公司，当时笔试和前两面都比较顺利，到了终面部门负责人的时候，懵圈了。那位大佬是计算机出身的前百度高级工程师，特别注重数据结构和算法。寒暄了几句后开始进入了主题，（噩梦的开始）看了我写的笔试题后，问我为何这个快排这样写？我当时写的阮一峰老师的版本, 我没说话，而后又问我，你不知道这样写不只时间复杂度会加大，连空间复杂度都会消耗吗？我懵圈的摇了摇头，而后又问我，你知道堆排序吗？我又懵圈的摇了摇头，而后又问我，你知道时间复杂度吗？我又无奈的摇了摇头；而后大佬放弃了，再也不问了，开始了对个人评价，你连这最基本的数据结构都不知道，怎么能知道你的代码是好是坏呢，若是遇到bug别人半个小时能解决的，你说不定得用两个小时。。。深入教育了一番出去和hr谈话了，最后的结果虽然是拿到offer了，可是级别定的低，money也给的少。我一直觉得前端和数据结构和算法无关，能实现业务功能就行，可是通过此次面试后，我打破了以前的观点，就算写业务，也有写的好也有写的通常的，以前的嵌套循环，每一层都把时间复杂度提升了一个档次，因此决定重头学起数据结构和算法。前端

3.学习数据结构的目标

数据结构的精髓在于总结提炼了许多存储管理和使用数据的模式，这些模式的背后是最精华的编程思想，这些思想的领悟须要时间，不要想固然的认为学会了几种数据结构就能够在工做中大显身手，但学会了数据结构，对自身能力的提高是不言而喻的。java

接下来开始主题吧node

数据结构之---栈

1.栈的定义

栈是一种特殊的线性表，仅能在线性表的一端操做，栈顶容许操做，栈底不容许操做。栈的特性：先进后出(后进先出)。python

下图展现了栈的工做原理 es6

栈某种意义上讲，它像是一个开口的盒子，先放进去的东西老是会被后放进去的东西压在下面，那么若是想拿出被压住的东西，必需要先取出顶部的东西，也就是后放进去的东西。面试

就像咱们平常生活中的羽毛球桶算法

每次取羽毛球时，都只能从顶部取，最底下的羽毛球，你是取不到的，用完了羽毛球后，也只能从顶部放回去。（固然，特殊状况不考虑）

2.栈的实现

从数据存储的角度看，实现栈有两种方式，一种是以数组作基础，一种是以链表作基础，数组是最简单的实现方式，本文以基础的数组来实现栈。编程

栈的基本操做包括建立栈、销毁栈、出栈、入栈、获取栈顶元素、获取栈的大小、清空栈。

咱们定义如下几个栈的方法：

push 添加一个元素到栈顶（向桶里放入一个羽毛球）

pop 弹出栈顶元素（从桶里顶部拿出一个羽毛球）

top 返回栈顶元素（看一眼桶里最顶端的羽毛球，可是不拿出来）

isEmpty 判断栈是否为空（看看羽毛球是否是都用完了）

size 返回栈里元素的个数（数一下桶里还有多少羽毛球）

clear 清空栈（把桶里的羽毛球都倒出来扔掉）

而后咱们利用es6的class的实现以上的方法新建一个stack.js文件

class Stack {
  constructor() {
    this.items = []; // 使用数组存储数据
  }
  push(item) {
    this.items.push(item); // 往栈里压入一个元素
  }
  pop() {
    return this.items.pop(); // 把栈顶的元素移除
  }
  top() {
    return this.items[this.items.length - 1]; // 返回栈顶的元素
  }
  isEmpty() {
    return this.items.length === 0; //返回栈是否为空
  }
  size() {
    return this.items.length; // 返回栈的大小
  }
  clear() {
    this.items = []; // 清空栈
  }
}

复制代码

看完上面的代码，是否是以为很惊讶，这里实现的栈，居然就只是对数组作了一层封装而已！

只是作了一层封装么？

给你一个数组，你能够经过索引操做任意一个元素，可是给你一个栈，你能操做任意元素么？栈提供的方法只容许你操做栈顶的元素，也就是数组的最后一个元素，这种限制其实提供给咱们一种思考问题的方式，这个方式也就是栈的特性，后进先出。

既然栈的底层实现其实就是数组，栈能作的事情，数组同样能够作啊，为何弄出一个栈来，是否是画蛇添足？封装是为了更好的利用，站在栈的肩膀上思考问题显然要比站在数组的肩膀上思考问题更方便，后面的练习题你将有所体会。

3.栈的应用

3.1.1 判断括号是否匹配说说我以前遇到的面试题，给一段字符串，判断里面的括号是不是成对出现好比说

()ss()ss(sss(ss)(ss)ss) 合法

()ss()ss(sss(ss)(ss)ss)) 不合法

3.1.2 思路分析括号有嵌套关系，也有并列关系，若是咱们用数组或者对象的方法也能解决，今天咱们试着用栈来解决这个问题。

遍历字符串

若是是左括号，就压入栈中

若是是右括号，判断栈是否为空，若是不为空，则把栈顶元素移除(也就是在栈中存放的左括号)，这对括号就抵消了；若是不为空，就说明缺乏左括号，返回false

循环结束后，看栈的大小是否为0，若是不为0，就说明没有成对出现，为0，就说明所有抵消了。

3.1.3 用栈来分析是否是以为很简单呢，下面看代码实现

{
       function isDouuble(str) {
          const stack = new Stack();
          const len = str.length;
          for (let i = 0; i < len; i++) {
            const item = str[i];
            if (str[i] === "(") {
              stack.push(item); // 入栈
            } else if (item === ")") {
              if (stack.isEmpty()) {
                return false;
              } else {
                stack.pop(); // 出栈
              }
            }
          }
          return stack.size() === 0;
        }
        console.log(isDouuble("()ss()ss(sss(ss)(ss)ss)")); // true
        console.log(isDouuble("()ss()ss(sss(ss)(ss)ss)(")); // false
        console.log(isDouuble("()ss()ss(sss(ss)(ss)ss))")); // false
        console.log(isDouuble("()ss()ss(sss(ss)(ss)ss))(")); // false
      }
复制代码

3.2.1 实现一个min方法的栈

实现一个栈，除了常见的push，pop方法之外，提供一个min方法，返回栈里最小的元素，且时间复杂度为o(1)

3.2.2 思路分析能够利用两个栈来实现，一个栈用来存储数据，一个栈用来存储栈里最小的数据; 利用编程中分而治之的思想，就是分开想分开处理

定义两个栈，dataStack 和 minStack;

对于dataStack栈来讲，正常的psuh,pop实现就好；

对于minStatck栈来讲，它是要存储栈里最小的值，因此当minStack为空的时候，那么push进来的数据就是最小的；若是不为空，此时minStack栈顶的元素就是最小的，若是push进来的元素比栈顶的元素还小，直接push进来就行，这样minStack栈的栈顶始终都是栈里的最小值。

3.2.3 代码实现（时间复杂度为O(1)）

{
        class MinStack {
          constructor() {
            this.dataStack = new Stack(); // 普通的栈
            this.minStack = new Stack(); // 存储最小值的栈
          }
          // push 和 pop 两个栈都要操做，保持大小统一
          push(item) {
            this.dataStack.push(item); // 常规操做
            if (this.minStack.isEmpty() || item < this.minStack.top()) {
              this.minStack.push(item); // 保证minStack栈顶是最小的值
            } else {
              this.minStack.push(this.minStack.top()); // 保持两个栈的大小同样
            }
          }
          pop() {
            this.minStack.pop();
            return this.dataStack.pop(); // 返回真实的数字
          }
          min() {
            return this.minStack.top(); // 返回最小的数字
          }
        }

        const minstack = new MinStack();
        minstack.push(3);
        minstack.push(2);
        minstack.push(6);
        minstack.push(8);
        console.log(minstack.min()); // 2
        console.log(minstack.pop()); // 8
        minstack.push(1);
        console.log(minstack.min()); // 1
      }
复制代码

4.栈的小结

栈的底层是否是使用了数组这不重要，重要的是栈的这种后进先出的特性，重要的是咱们只能操做栈顶元素的的限制，必定要忽略掉栈的底层如何实现，而只去关心栈的特性。