你必须要知道的JavaScript数据结构与面试题解答
英文原文 | https://dev.to/educative/7-javascript-data-structures-you-must-know-4k0m
原文作者 | Ryan Thelin和Amanda Fawcett
译文翻译 | web前端开发(web_qdkf)
解决编码问题时,效率至高无上–从编码小时数到运行时间,再到给解决方案的内存量。幸运的是,JavaScript开发人员使用了许多预先建立的数据结构,旨在解决共同的需求和解决实际问题。精通数据结构是分辩新人与经验丰富的开发者之间的一个主要因素。
也许你只是从数据结构入手,或者你已经编码多年,只需要复习一下。今天,我们将带你了解JS开发人员都需要知道的7个JavaScript数据结构。
以下就是我们今天要讲的内容:
什么是数据结构
JS数据结构
数据结构面试题
资源分享
那让我们开始吧。
一、什么是数据结构
高层数据结构是用于存储和组织数据的技术,这些数据使修改,导航和访问变得更加容易。数据结构决定了如何收集数据,我们可以用来访问数据的功能以及数据之间的关系。数据结构几乎用于计算机科学和编程的所有领域,从操作系统到基本的编码再到人工智能。
数据结构使我们能够:
管理和利用大型数据集
从数据库中搜索特定数据
针对特定程序量身定制的设计算法
一次处理来自用户的多个请求
简化并加速数据处理
数据结构对于有效,现实地解决问题至关重要。毕竟,我们组织数据的方式对性能和可用性有很大影响。实际上,大多数顶级公司都需要对数据结构有深刻的了解。这些技能证明你知道如何有效地管理数据。任何想要破解编码面试的人都需要掌握数据结构。
JavaScript具有原始和非原始数据结构。原始数据结构和数据类型是编程语言固有的。这些包括布尔值,空值,数字,字符串等。非原始数据结构不是由编程语言定义的,而是由程序员定义的。这些包括线性数据结构,静态数据结构和动态数据结构,例如队列和链接列表。
现在你已经了解了为什么数据结构那么重要了,接下来我们就来讨论一下每个JavaScript开发人员都需要知道的7种数据结构。
二、你需要知道的JavaScript数据结构
1、Array(数组)
数组是所有数据结构中最基本的,它主要将数据存储在内存中供以后使用。每个数组都有固定数量的单元格(取决于其创建),并且每个单元格都有用于选择其数据的相应数字索引。每当你想要使用数组时,你就可以访问其中的任何数据。
优点
易于创建和使用。
复杂数据结构的基础构建块
缺点
固定尺寸
插入/删除或重新排序值昂贵
排序效率低下
应用领域
基本电子表格
在复杂的结构中,例如哈希表
有关更深入的说明,请参阅有关数组的Edpresso文章!(地址:https://www.educative.io/edpresso/what-are-arrays-in-javascript)
2、Queues(队列)
队列在概念上类似于堆栈。两者都是顺序结构,但按输入顺序而不是最新元素对处理元素进行排队。结果,可以将队列视为堆栈的FIFO(先进先出)版本。这些作为请求的缓冲区很有用,按照接收到的顺序存储每个请求,直到可以处理为止。
为了获得视觉效果,请考虑单车道隧道:第一个进入隧道的汽车,一定是第一个离开的汽车。如果其他汽车希望退出但先停车,则所有汽车都必须等待先退出才能继续。
优点
动态尺寸
按接收顺序订购数据
运行时间短
缺点
只能检索最早的元素
应用领域
在接收频繁数据时作为缓冲区有效
存储订单敏感数据(如存储的语音邮件)的便捷方法
确保最早的数据先被处理
3、 Linked List(链表)
链接列表是一种数据结构,与前三个列表不同,它不使用数据在内存中的物理放置。这意味着链接列表而不是索引或位置,而是使用引用系统:元素存储在包含指向下一个节点的指针的节点中,重复直到所有节点都链接为止。该系统无需重新组织即可有效地插入和取出物品。
优点
有效插入和删除新元素
重组数组简单
缺点
比数组使用更多的内存
检索特定元素效率低下
向后遍历列表效率低下
应用领域
最适合在必须快速连续从未知位置添加和删除数据的情况下使用
有关更深入的说明,请参阅链接列表上的Edpresso文章!(地址:https://www.educative.io/edpresso/what-is-a-linked-list)
4、Tree(树)
树是另一种基于关系的数据结构,专门用于表示层次结构。像链表一样,节点包含数据元素和指示其与直接节点关系的指针。
每棵树都有一个“根”节点,所有其他节点都从该“根”节点分支。根包含对直接在其下的所有元素的引用,这些元素称为“子节点”。随着每个子节点继续分支到更多的子节点。
具有链接的子节点的节点称为内部节点,而没有子节点的节点称为外部节点。常见的树类型是“二进制搜索树”,用于轻松搜索存储的数据。这些搜索操作非常高效,因为其搜索持续时间不取决于节点数,而是取决于树下的层数。
这种类型的树由四个严格规则定义:
左子树仅包含元素小于根的节点。
右侧子树仅包含元素大于根的节点。
左和右子树也必须是二叉搜索树。他们必须遵循上述规则并以其树的“根”作为根。
不能有重复的节点,即两个节点不能具有相同的值。
优点
存储分层关系的理想选择
动态尺寸
快速插入和删除操作
在二叉搜索树中,插入的节点会立即排序。
二进制搜索树可以有效地进行搜索;长度仅为0(高度)。
缺点
缓慢重新排列节点
子节点不保留有关其父节点的信息
二进制搜索树不如更复杂的哈希表快
如果未使用平衡子树实现,则二叉搜索树可以退化为线性搜索(扫描所有元素)。
应用领域
存储分层数据,例如文件位置。
二进制搜索树非常适合需要搜索或排序数据的任务。
有关更深入的解释,请参阅有关树木的Edpresso文章!(地址:https://www.educative.io/edpresso/what-is-a-tree)
5、Graph(图)
图表是基于关系的数据结构,有助于存储类似Web的关系。在图中称为每个节点或顶点,都有一个标题(A,B,C等),包含的值以及与其他顶点的链接(称为边)列表。
在上面的示例中,每个圆是一个顶点,每条线是一条边。如果是书面形式,则此结构如下所示:
V = {a,b,c,d}
E = {ab,ac,bc,cd}
尽管一开始很难直观显示,但这种结构对于以文本形式传达关系图(从电路到训练网络)的价值而言,都是非常宝贵的。
优点
可以通过文字快速传达视觉效果
可用于建模多种主题,只要它们包含关系结构
缺点
在更高的级别上,将文本转换为图像可能会很耗时。
可能很难看到现有的边或给定顶点已连接多少条边
应用领域
网络表示
建模社交网络,例如Facebook。
有关更深入的说明,请参阅有关图表的Edpresso文章!(地址:https://www.educative.io/edpresso/what-is-a-graph-data-structure)
6、哈希表(地图)
哈希表是一个复杂的数据结构,能够存储大量信息并有效地检索特定元素。该数据结构依赖于键/值对的概念,其中“键”是搜索到的字符串,“值”是与该键配对的数据。
使用预定义的哈希函数,将每个搜索到的键从其字符串形式转换为称为哈希的数值。然后,此哈希指向存储桶-表中较小的子组。然后,它将在存储桶中搜索最初输入的键,并返回与该键关联的值。
优点
键可以采用任何形式,而数组的索引必须为整数
高效的搜索功能
每次搜索的操作次数不变
插入或删除操作的固定成本
缺点
冲突:两个键转换为相同的哈希码或两个哈希码指向相同值时引起的错误。
这些错误可能很常见,并且经常需要对哈希函数进行全面检查。
应用领域
数据库存储
按名称查找地址
从键和值的类型到其哈希函数的工作方式,每个哈希表都可以有很大不同。由于这些差异以及哈希表的多层方面,几乎不可能如此概括。
有关更深入的说明,请参阅有关哈希表的Edpresso文章!(地址:https://www.educative.io/edpresso/what-is-a-hash-table)
继续学习。
学习JavaScript数据结构,而无需遍历视频或文档。Educative的基于文本的课程易于浏览,并具有实时编码环境-使学习快速高效。
JavaScript中的数据结构:面试复习(地址:https://www.educative.io/courses/data-structures-in-javascript-an-interview-refresher)
三、数据结构面试题
对于许多开发人员和程序员而言,数据结构对于破解编程面试至关重要。有关数据结构的问题是现代编程开发面试中的基础。实际上,对于你的应聘能力和入门级职位,有很多话要说。
今天,我们将讨论JavaScript数据结构的七个常见编码面试问题,针对我们上面讨论的每个数据结构。每个人还将基于BigO符号理论讨论其时间复杂度。
1、数组:从数组中删除所有偶数整数
问题陈述:实现一个函数removeEven(arr),该函数在其输入中使用数组arr并从给定数组中删除所有偶数元素。
输入:随机整数数组
[1,2,4,5,10,6,3]
输出:仅包含奇数整数的数组
[1,5,3]
你可以通过两种方式解决面试中的问题。让我们讨论一下。
解决方案1:“手动”执行
此方法从数组的第一个元素开始。如果当前元素不是偶数,它将把该元素推入新数组。如果是偶数,它将移动到下一个元素,重复直到到达数组的末尾。关于时间复杂度,由于必须迭代整个数组,因此此解决方案位于O(n)O(n)中。
解决方案2:使用filter()和lambda函数
此解决方案也从第一个元素开始,并检查它是否为偶数。如果是偶数,它将滤除此元素。如果不是,则跳到下一个元素,重复此过程,直到到达数组末尾。
过滤器函数使用lambda或arrow函数,它们使用更短,更简单的语法。过滤器过滤掉lambda函数为其返回false的元素。其时间复杂度与先前解决方案的时间复杂度相同。
2、堆栈:使用堆栈检查括号是否平衡
问题陈述:实现isBalanced()函数以仅包含大括号{},方括号[]和圆括号()的字符串。该函数应告诉我们字符串中的所有括号是否平衡。这意味着每个开头括号都将有一个结尾括号。例如,{[]}是平衡的,而{[}]不是平衡的。
输入:仅由(,),{,},[和]组成的字符串
exp = "{[({})]}"
输出:如果表达式没有平衡的括号,则返回False。如果是,则该函数返回True。
True
为了解决这个问题,我们可以简单地使用一堆字符。在下面的代码中查看其工作方式。
"use strict";const Stack = require('./Stack.js');
function isBalanced(exp) {var myStack = new Stack();//Iterate through the string expfor (var i = 0; i < exp.length; i++) {//For every closing parenthesis check for its opening parenthesis in stackif (exp[i] == '}' || exp[i] == ')' || exp[i] == ']') {
if (myStack.isEmpty()) {
return false }let output = myStack.pop();//If you can't find the opening parentheses for any closing one then returns false.if (((exp[i] == "}") && (output != "{")) || ((exp[i] == ")") && (output != "(")) || ((exp[i] == "]") && (output != "["))) {return false; }} else {//For each opening parentheses, push it into stack myStack.push(exp[i]); }}//after complete traversal of string exp, if there's any opening parentheses left//in stack then also return false.if (myStack.isEmpty() == false) {return false }//At the end return true if you haven't encountered any of the above false conditions.return true}var inputString = "{[()]}"console.log(inputString)console.log(isBalanced(inputString))
inputString = "{[([({))]}}"console.log(inputString)console.log(isBalanced(inputString))
输出:
{[()]}
真正
{[([((())]}}
假
要查看此解决方案的其余代码,请转到Educative.io在嵌入式环境中运行代码。
此过程将一次遍历字符串一个字符。我们可以根据两个因素确定字符串不平衡:
堆栈为空。
堆栈中的顶部元素不是正确的类型。
如果这些条件之一成立,则返回False。
如果括号是开括号,则将其推入堆栈。如果最终所有平衡,则堆栈将为空。如果不为空,则返回False。由于我们仅遍历字符串exp一次,因此时间复杂度为O(n)。
3、队列:生成从1到n的二进制数
问题陈述:实现一个函数findBin(n),该函数将使用队列以字符串形式生成从1到n的二进制数。
输入:正整数n
n = 3
输出:以1到n的字符串形式返回二进制数
result = ["1","10","11"]
解决此问题的最简单方法是使用队列从以前的号码生成新号码。让我们分解一下。
"use strict";const Queue = require('./Queue.js');function findBin(n) {let result = [];let myQueue = new Queue();var s1, s2; myQueue.enqueue("1");for (var i = 0; i < n; i++) {result.push(myQueue.dequeue()); s1 = result[i] + "0"; s2 = result[i] + "1";myQueue.enqueue(s1); myQueue.enqueue(s2);}
return result;}
console.log(findBin(10))
输出:
['1','10','11','100','101','110','111','1000','1001','1010']
要查看此解决方案的其余代码,请转到Educative.io在嵌入式环境中运行代码。
关键是通过将0和1附加到先前的二进制数来生成连续的二进制数。澄清,
如果将0和1附加到1,则可以生成10和11。
如果将0和1附加到10,则会生成100和101。
一旦我们生成了一个二进制数,它将被排队到队列中,这样,当我们将0和1附加到队列中时,如果我们附加了0和1,就可以生成新的二进制数。由于队列遵循“先进先出”属性,因此将排队的二进制数出队,以使所得数组在数学上正确。
看上面的代码。在第7行,将1排队。为了生成二进制数字序列,将数字出队并存储在数组结果中。在第11-12行,我们将0和1附加起来以产生下一个数字。这些新数字也排在第14-15行。队列将采用整数值,因此它将在排队时将字符串转换为整数。
该解决方案的时间复杂度为O(n)O(n),因为恒定时间操作执行了n次。
4、链接列表:反向链接列表
问题陈述:编写反向函数以获取一个单链列表并将其反向定位。
输入:单链接列表
LinkedList = 0->1->2->3-4
输出:反向链接列表
LinkedList = 4->3->2->1->0
解决此问题的最简单方法是使用迭代指针操作。让我们来看看。
"use strict";const LinkedList = require('./LinkedList.js');const Node = require('./Node.js');
function reverse(list) { let previousNode = null; let currentNode = list.getHead(); // The current node let nextNode = null; // The next node in the list//Reversal while (currentNode != null) { nextNode = currentNode.nextElement; currentNode.nextElement = previousNode; previousNode = currentNode; currentNode = nextNode; }//Set the last element as the new head node list.setHead(previousNode);
}
let list = new LinkedList();list.insertAtHead(4);list.insertAtHead(9);list.insertAtHead(6);list.insertAtHead(1);list.insertAtHead(0);list.printList();reverse(list);list.printList();
输出:
0-> 1-> 6-> 9-> 4->空
4-> 9-> 6-> 1-> 0->空
要查看此解决方案的其余代码,请转到Educative.io在嵌入式环境中运行代码。
我们使用循环遍历输入列表。对于当前节点,其与先前节点的链接被反向。然后,next将下一个节点存储在列表中。让我们按行细分。
第22行-将当前节点的nextElement存储在next中
第23行-将当前节点的nextElement设置为Previous
第24行-将当前节点设为新的上一个节点,以进行下一次迭代
第25行-使用next转到下一个节点
第29行-我们将头指针重置为指向最后一个节点
由于列表仅被遍历一次,因此该算法以O(n)运行。
5、树:在二分搜索树中找到最小值
问题陈述:使用findMin(root)函数在二进制搜索树中查找最小值。
输入:二叉搜索树的根节点
bst = {6 -> 4,94 -> 2,59 -> 8,1212 -> 10,14}where parent -> leftChild,rightChild
输出:该二进制搜索树中的最小整数值
2
让我们看一个解决这个问题的简单方法。
解决方案:迭代findMin()
该解决方案首先检查根是否为空。如果是,则返回null。然后,它移动到左侧子树,并继续每个节点的左侧子级,直到到达最左侧的子级。
"use strict";const BinarySearchTree = require('./BinarySearchTree.js');const Node = require('./Node.js');
function findMin(rootNode){if(rootNode == null)return null;else if(rootNode.leftChild == null)return rootNode.valelsereturn findMin(rootNode.leftChild)} var BST = new BinarySearchTree(6)BST.insertBST(20)BST.insertBST(-1)
console.log(findMin(BST.root))
输出:
-1
要查看此解决方案的其余代码,请转到Educative.io在嵌入式环境中运行代码。
6、图:移除边缘
问题陈述:实现removeEdge函数以将源和目标作为参数。它应该检测它们之间是否存在边缘。
输入:图形,源和目标
输出:去除了源和目标之间的边缘的图形。
removeEdge(graph, 2, 3)
这个问题的解决方案非常简单:我们使用索引和删除。看一看.
"use strict";const LinkedList = require('./LinkedList.js');const Node = require('./Node.js');const Graph = require('./Graph.js');function removeEdge(graph, source, dest){if(graph.list.length == 0){return graph; }if(source >= graph.list.length || source < 0){return graph; }if(dest >= graph.list.length || dest < 0){return graph; } graph.list[source].deleteVal(dest);return graph;}let g = new Graph(5);g.addEdge(0, 1);g.addEdge(0, 2);g.addEdge(1, 3);g.addEdge(2, 4);g.addEdge(4, 0);console.log("Before removing edge")g.printGraph();removeEdge(g, 1, 3);console.log("\nAfter removing edge")g.printGraph();
要查看此解决方案的其余代码,请转到Educative.io在嵌入式环境中运行代码。
由于我们的顶点存储在数组中,因此我们可以访问源链接列表。然后,我们为链接列表调用delete函数。该解决方案的时间复杂度为O(E),因为我们可能必须遍历E边。
7、哈希表:将最大堆转换为最小堆
问题陈述:实现函数convertMax(maxHeap)将二进制最大堆转换为二进制最小堆。maxHeap应该是maxHeap格式的数组,即父级大于子级。
输入:最大堆
maxHeap = [9,4,7,1,-2,6,5]
输出:返回转换后的数组
result = [-2,1,5,9,4,6,7]
为了解决这个问题,我们必须最小化所有父节点。看一看。
我们将maxHeap视为常规数组,然后对其重新排序以准确表示最小堆。您可以在上面的代码中看到完成此操作。然后,convertMax()函数通过调用minHeapify()函数从最低父节点还原所有节点上的堆属性。关于时间复杂度,此解决方案花费O(nlog(n))O(nlog(n))时间。
四、资源
当涉及到JavaScript中的数据结构时,显然有很多东西要学习。因此,我们整理了此资源列表,以使您快速了解所需的信息。
文章
1、JavaScript ES6教程:刷新您的JavaScript技能,并保持自ES6及更高版本以来的所有新知识更新。(地址:https://www.educative.io/blog/javascript-es6-tutorial-a-complete-crash-course)
2、5种为编码面试做准备的可靠技术:向编码面试做准备和表演时,向专家学习技巧(地址:https://www.educative.io/blog/5-tried-and-true-techniques-to-prepare-for-a-coding-interview)
3、StackOverflow JavaScript数据结构库:查找有用的库(例如JSClass,Buckets等)的绝佳资源。(地址:https://stackoverflow.com/questions/5909452/javascript-data-structures-library)
课程
1、JavaScript中的数据结构:面试复习:面向所有希望在JavaScript中处理数据结构的人的权威指南。除了详细审查所有数据结构及其实现之外,它还包含160多个代码游乐场和60个动手挑战。
地址:https://www.educative.io/courses/data-structures-in-javascript-an-interview-refresher
2、JavaScript中的数据结构-可视化和练习:是否需要更多动手实践?本课程以简单的视觉和测验切入了数据结构问题的核心。
地址:https://www.educative.io/courses/data-structures-in-javascript-with-visualizations-and-hands-on-exercises
3、掌握JavaScript面试:一旦掌握了数据结构技能,就该刷新有关JS面试的所有知识。本课程包含了所有内容。
地址:https://www.educative.io/courses/master-the-javascript-interview
图书
1、学习JS数据结构和算法:通过解决明显的编程问题的解决方案,掌握所有流行的数据结构。
英文版地址:https://amzn.to/3dquSVn
中文版地址:https://amzn.to/3bnBdPq
2、有关数据结构的书籍的免费代码冠军列表:跳过搜索,并参考此最有用的JS数据结构和算法推荐书籍清单。
图书清单地址:https://guide.freecodecamp.org/book-recommendations/algorithms-in-js-books
PS:文章在翻译的时候,内容与标题有些出入,所以做了一些调整。如果想看原文可以到打开原文地址(https://dev.to/educative/7-javascript-data-structures-you-must-know-4k0m)去进行查看,我们所有翻译类文章,均非采用直译,主要是便于理解。如有什么问题,也欢迎交流学习。
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