我是怎样用函数式JavaScript计算数组平均值的

译者按： 有时候一个算法的直观、简洁、高效是须要做出取舍的。

• 原文: FUNCTIONAL JAVASCRIPT: FIVE WAYS TO CALCULATE AN AVERAGE WITH ARRAY REDUCE
• 译者: Fundebug

本文采用意译，版权归原做者全部

函数式编程中用于操做数组的方法就像“毒品”同样，它让不少人爱上函数式编程。由于它们真的十分经常使用并且又超级简单。 .map() 和 .filter()都仅需一个参数，该参数定义操做数组每个元素的函数便可。reduce()会复杂一些，我以前写过一篇文章介绍为何人们难以掌握reduce()方法，其中一个缘由在于不少入门资料都仅仅用算术做为例子。我写了不少用reduce()来作算术之外的例子。

用reduce()来计算数组的平均值是一个经常使用的模式。代码看起来很是简单，不过在计算最终结果以前你须要作两个准备工做：

• 数组的长度
• 数组全部元素之和

这两个事情看起来都很简单，那么计算数组的平均值并非很难了吧。解法以下：

function average(nums) {
    return nums.reduce((a, b) => a + b) / nums.length;
}

确实不是很难，是吧？可是若是数据结构变得复杂了，就没那么简单了。好比，数组里面的元素是对象，你须要先过滤掉某些对象，而后从对象中取出数字。这样的场景让计算平均值变得复杂了一点。

接下来咱们处理一个相似的问题(从this Free Code Camp challenge得到灵感)，咱们会提供 5 种不一样的解法，每一种方法有各自的优势和缺点。这 5 种方法也展现了 JavaScript 的灵活。我但愿能够给你在使用reduce的实战中一些灵感。

问题提出

假设咱们有一个数组，记录了维多利亚时代经常使用的口语。接下来咱们要找出那些依然现存于 Google Books 中的词汇，并计算他们的平均流行度。数据的格式是这样的:

const victorianSlang = [
    {
        term: "doing the bear",
        found: true,
        popularity: 108
    },
    {
        term: "katterzem",
        found: false,
        popularity: null
    },
    {
        term: "bone shaker",
        found: true,
        popularity: 609
    },
    {
        term: "smothering a parrot",
        found: false,
        popularity: null
    },
    {
        term: "damfino",
        found: true,
        popularity: 232
    },
    {
        term: "rain napper",
        found: false,
        popularity: null
    },
    {
        term: "donkey’s breakfast",
        found: true,
        popularity: 787
    },
    {
        term: "rational costume",
        found: true,
        popularity: 513
    },
    {
        term: "mind the grease",
        found: true,
        popularity: 154
    }
];

接下来咱们用 5 中不一样的方法计算平均流行度值。

1. for 循环

初次尝试，咱们不使用reduce()。若是你对数组的经常使用函数不熟悉，用 for 循环可让你更好地理解咱们要作什么。

let popularitySum = 0;
let itemsFound = 0;
const len = victorianSlang.length;
let item = null;
for (let i = 0; i < len; i++) {
    item = victorianSlang[i];
    if (item.found) {
        popularitySum = item.popularity + popularitySum;
        itemsFound = itemsFound + 1;
    }
}
const averagePopularity = popularitySum / itemsFound;
console.log("Average popularity:", averagePopularity);

若是你熟悉 JavaScript，上面的代码理解起来应该很容易：

1. 初始化polularitySum和itemsFound变量。popularitySum记录总的流行度值，itemsFound记录咱们已经找到的全部的条目；
2. 初始化len和item来帮助咱们遍历数组；
3. for 循环每一次增长i的值，直到循环n次；
4. 在循环中，咱们每次取出当前索引位置的条目vitorianSlang[i]；
5. 检查该条目是否在 Google Books 中
6. 若是在，获取popularity并累加到popularitySum；
7. 并递增itemsFound；
8. 最后，用popularitySum除以itemsFound来计算平均值。

代码虽然不是那么简洁，可是顺利完成了任务。使用数组迭代方法能够更加简洁，接下来开始吧…..

2. 简单模式: filter, map 和 sum

咱们首先将这个问题拆分红几个子问题：

1. 使用fitler()找到那些在 Google Books 中的条目;
2. 使用map()获取流行度；
3. 使用reuduce()来计算总的流行度；
4. 计算平均值。

下面是实现代码：

// 辅助函数
// ----------------------------------------------------------------------------
function isFound(item) {
    return item.found;
}

function getPopularity(item) {
    return item.popularity;
}

function addScores(runningTotal, popularity) {
    return runningTotal + popularity;
}

// 计算
// ----------------------------------------------------------------------------

// 找出全部isFound为true的条目
const foundSlangTerms = victorianSlang.filter(isFound);

// 从条目中获取流行度值，返回为数组
const popularityScores = foundSlangTerms.map(getPopularity);

// 求和
const scoresTotal = popularityScores.reduce(addScores, 0);

// 计算平均值
const averagePopularity = scoresTotal / popularityScores.length;
console.log("Average popularity:", averagePopularity);

注意看addScores函数以及调用reduce()函数的那一行。addScores()接收两个参数，第一个runningTotal，咱们把它叫作累加数，它一直记录着累加的总数。每访问数组中的一个条目，咱们都会用addScores函数来更新它的值。第二个参数popularity是当前某个元素的值。注意，第一次调用的时候，咱们尚未runningTotal的值，因此在调用reduce()的时候，咱们给runningTotal初始化。也就是reduce()的第二个参数。

这个版本的代码简洁不少了，也更加的直观。咱们再也不告诉 JavaScript 引擎如何循环，如何对当前索引的值作操做。咱们定义了不少小的辅助函数，而且把它们组合起来完成任务。filter()，map()和reduce()帮咱们作了不少工做。上面的实现更加直观地告诉咱们这段代码要作什么，而不是底层如何去实现。

3. 简单模式 II: 记录多个累加值

在以前的版本中，咱们建立了不少中间变量：foundSlangTerms，popularityScores。接下来，咱们给本身设一个挑战，使用链式操做，将全部的函数调用组合起来，再也不使用中间变量。注意：popularityScores.length变量须要用其它的方式来获取。咱们能够在addScores的累加参数中记录它。

// 辅助函数
// ---------------------------------------------------------------------------------
function isFound(item) {
    return item.found;
}

function getPopularity(item) {
    return item.popularity;
}

// 咱们使用一个对象来记录总的流行度和条目的总数
function addScores({ totalPopularity, itemCount }, popularity) {
    return {
        totalPopularity: totalPopularity + popularity,
        itemCount: itemCount + 1
    };
}

// 计算
// ---------------------------------------------------------------------------------

const initialInfo = { totalPopularity: 0, itemCount: 0 };
const popularityInfo = victorianSlang
    .filter(isFound)
    .map(getPopularity)
    .reduce(addScores, initialInfo);

const { totalPopularity, itemCount } = popularityInfo;
const averagePopularity = totalPopularity / itemCount;
console.log("Average popularity:", averagePopularity);

咱们在reduce函数中使用对象来记录了totalPopularity和itemCount。在addScores中，每次都更新itemCount的计数。

经过filter，map和reduce计算的最终的结果存储在popularityInfo中。你甚至能够继续简化上述代码，移除没必要要的中间变量，让最终的计算代码只有一行。

4. point-free 式函数组合

注意: 若是你不熟悉函数式语言或则以为难以理解，请跳过这部分！

若是你熟悉curry()和compose()，接下来的内容就不难理解。若是你想知道更多，能够看看这篇文章: ‘A Gentle Introduction to Functional JavaScript’. 特别是第三部分 。

咱们可使用compose函数来构建一个彻底不带任何变量的代码，这就叫作point-free的方式。不过，咱们须要一些帮助函数。

// 辅助函数
// ----------------------------------------------------------------------------
const filter = p => a => a.filter(p);
const map = f => a => a.map(f);
const prop = k => x => x[k];
const reduce = r => i => a => a.reduce(r, i);
const compose = (...fns) => arg => fns.reduceRight((arg, fn) => fn(arg), arg);

// The blackbird combinator.
// See: https://jrsinclair.com/articles/2019/compose-js-functions-multiple-parameters/
const B1 = f => g => h => x => f(g(x))(h(x));

// 计算
// ----------------------------------------------------------------------------

// 求和函数
const sum = reduce((a, i) => a + i)(0);

// 计算数组长度的函数
const length = a => a.length;

// 除法函数
const div = a => b => a / b;

// 咱们使用compose()来将函数组合起来
// compose()的参数你能够倒着读，来理解程序的含义
const calcPopularity = compose(
    B1(div)(sum)(length),
    map(prop("popularity")),
    filter(prop("found"))
);

const averagePopularity = calcPopularity(victorianSlang);
console.log("Average popularity:", averagePopularity);

咱们在compose中作了全部的计算。从后往前看，首先filter(prop('found'))筛选出全部在 Google Books 中的条目，而后经过map(prop('popularity'))获取全部的流行度数值，最后使用 magical blackbird (B1) combinator 来对同一个输入进行sum和length的计算，并求得平均值。

// All the lines below are equivalent:
const avg1 = B1(div)(sum)(length);
const avg2 = arr => div(sum(arr))(length(arr));
const avg3 = arr => sum(arr) / length(arr);
const avg4 = arr => arr.reduce((a, x) => a + x, 0) / arr.length;

不要担忧看不明白，上面主要是为你们演示有 4 种方式来实现average功能。这就是 JavaScript 的优美之处。

相对来讲，本文的内容是有点极客的。虽然笔者以前深度使用函数式语言 Haskell 作过很多研究项目，对函数式很有理解，可是 point-free 风格的代码，咱们是不建议在实际工程中使用的，维护成本会很高。咱们Fundebug全部的代码都要求直观易懂，不推崇用一些奇淫技巧来实现。除非某些万不得已的地方，可是必定要把注释写得很是清楚，来下降后期的维护成本。

5. 终极优化: 一次计算出结果

以前全部的解法均可以很好地工做。那些使用reduce()的解法都有一个共同点，它们将大的问题拆解问小的子问题，而后经过不一样的方式将它们组合起来。可是也要注意它们对数组遍历了三次，感受很没有效率。若是一次就能够计算出来，才是最佳的方案。确实能够，不过须要一点数学运算。

为了计算 n 个元素的平均值，咱们使用下面的公式：

那么，计算 n+1 个元素的平均值，使用一样的公式（惟一不一样的是 n 变成 n+1）：

它等同于:

一样等同于:

作点变换:

结论是，咱们能够一直记录当前状态下的全部知足条件的元素的平均值。只要咱们知道以前全部元素的平均值和元素的个数。

// 求平均值
function averageScores({ avg, n }, slangTermInfo) {
    if (!slangTermInfo.found) {
        return { avg, n };
    }
    return {
        avg: (slangTermInfo.popularity + n * avg) / (n + 1),
        n: n + 1
    };
}

const initialVals = { avg: 0, n: 0 };
const averagePopularity = victorianSlang.reduce(averageScores, initialVals).avg;
console.log("Average popularity:", averagePopularity);

这个方法只须要遍历一次就计算出平均值，缺点是咱们作了更多的计算。每一次当元素知足条件，都要作乘法和除法，而不是最后才作一次除法。不过，它使用了更少的内存，由于没有中间的数组变量，咱们只是记录了一个仅仅有两个元素的对象。

这样写还有一个缺点，代码一点都不直观，后续维护麻烦。至少一眼看过去不能理解它是作什么的。

因此，到底哪种方案才是最好的呢？视情形而定。也许你有一个很大的数组要处理，也许你的代码须要在内存很小的硬件上跑。在这些场景下，使用第 5 个方案最佳。若是性能不是问题，那么就算使用最低效的方法也没问题。你须要选择最适合的。

还有一些聪明的朋友会思考：是否能够将问题拆解为子问题，仍然只遍历一次呢？是的，确实有。须要使用 transducer。

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