JavaScript 数据结构与算法(七)双向链表
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单向链表和双向链表

单向链表

  • 只能从头遍历到尾或者从尾遍历到头(一般从头到尾)。
  • 链表相连的过程是单向的,实现原理是上一个节点中有指向下一个节点的引用。
  • 单向链表有一个比较明显的缺点:可以轻松到达下一个节点,但回到前一个节点很难,在实际开发中, 经常会遇到需要回到上一个节点的情况。

双向链表

  • 既可以从头遍历到尾,也可以从尾遍历到头。
  • 链表相连的过程是双向的。实现原理是一个节点既有向前连接的引用,也有一个向后连接的引用。
  • 双向链表可以有效的解决单向链表存在的问题。
  • 双向链表缺点:
    • 每次在插入或删除某个节点时,都需要处理四个引用,而不是两个,实现起来会困难些。
    • 相对于单向链表,所占内存空间更大一些。
    • 但是,相对于双向链表的便利性而言,这些缺点微不足道。

双向链表结构

image

  • 双向链表不仅有 head 指针指向第一个节点,而且有 tail 指针指向最后一个节点。
  • 每一个节点由三部分组成:item 储存数据、prev 指向前一个节点、next 指向后一个节点。
  • 双向链表的第一个节点的 prev 指向 null。
  • 双向链表的最后一个节点的 next 指向 null。

双向链表常见的操作

  • append(element) 向链表尾部追加一个新元素。
  • insert(position, element) 向链表的指定位置插入一个新元素。
  • getElement(position) 获取指定位置的元素。
  • indexOf(element) 返回元素在链表中的索引。如果链表中没有该元素就返回 -1。
  • update(position, element) 修改指定位置上的元素。
  • removeAt(position) 从链表中的删除指定位置的元素。
  • remove(element) 从链表删除指定的元素。
  • isEmpty() 如果链表中不包含任何元素,返回 trun,如果链表长度大于 0 则返回 false
  • size() 返回链表包含的元素个数,与数组的 length 属性类似。
  • toString() 由于链表项使用了 Node 类,就需要重写继承自 JavaScript 对象默认的 toString 方法,让其只输出元素的值。
  • forwardString() 返回正向遍历节点字符串形式。
  • backwordString() 返回反向遍历的节点的字符串形式。

双向链表的封装

创建双向链表类 DoublyLinkedList

  • DoublyNode 类继承单向链表的 Node 类,新添加 this.prev 属性,该属性用于指向上一个节点。
  • DoublyLinkedList 类继承 LinkedList 类,新添加 this.tail 属性,该属性指向末尾的节点。
// 双向链表的节点类(继承单向链表的节点类)
class DoublyNode extends Node {
constructor(element) {
super(element);
this.prev = null;
}
}

// 双向链表类继承单向链表类
class DoublyLinkedList extends LinkedList {
constructor() {
super();
this.tail = null;
}
}

append(element)

// append(element) 往双向链表尾部追加一个新的元素
// 重写 append()
append(element) {

// 1、创建双向链表节点
const newNode = new DoublyNode(element);

// 2、追加元素
if (this.head === null) {
this.head = newNode;
this.tail = newNode;
} else {
// !!跟单向链表不同,不用通过循环找到最后一个节点
// 巧妙之处
this.tail.next = newNode;
newNode.prev = this.tail;
this.tail = newNode;
}

this.length++;
}

insert(position, element)

// insert(position, data) 插入元素
// 重写 insert()
insert(position, element) {
// 1、position 越界判断
if (position < 0 || position > this.length) return false;

// 2、创建新的双向链表节点
const newNode = new DoublyNode(element);

// 3、判断多种插入情况
if (position === 0) { // 在第 0 个位置插入

if (this.head === null) {
this.head = newNode;
this.tail = newNode;
} else {
//== 巧妙之处:相处腾出 this.head 空间,留个 newNode 来赋值 ==//
newNode.next = this.head;
this.head.perv = newNode;
this.head = newNode;
}

} else if (position === this.length) { // 在最后一个位置插入

this.tail.next = newNode;
newNode.prev = this.tail;
this.tail = newNode;
} else { // 在 0 ~ this.length 位置中间插入

let targetIndex = 0;
let currentNode = this.head;
let previousNode = null;

// 找到要插入位置的节点
while (targetIndex++ < position) {
previousNode = currentNode;
currentNode = currentNode.next;
}

// 交换节点信息
previousNode.next = newNode;
newNode.prev = previousNode;

newNode.next = currentNode;
currentNode.prev = newNode;
}

this.length++;

return true;
}

insert(position, element)

// insert(position, data) 插入元素
// 重写 insert()
insert(position, element) {
// 1、position 越界判断
if (position < 0 || position > this.length) return false;

// 2、创建新的双向链表节点
const newNode = new DoublyNode(element);

// 3、判断多种插入情况
if (position === 0) { // 在第 0 个位置插入

if (this.head === null) {
this.head = newNode;
this.tail = newNode;
} else {
//== 巧妙之处:相处腾出 this.head 空间,留个 newNode 来赋值 ==//
newNode.next = this.head;
this.head.perv = newNode;
this.head = newNode;
}

} else if (position === this.length) { // 在最后一个位置插入

this.tail.next = newNode;
newNode.prev = this.tail;
this.tail = newNode;
} else { // 在 0 ~ this.length 位置中间插入

let targetIndex = 0;
let currentNode = this.head;
let previousNode = null;

// 找到要插入位置的节点
while (targetIndex++ < position) {
previousNode = currentNode;
currentNode = currentNode.next;
}

// 交换节点信息
previousNode.next = newNode;
newNode.prev = previousNode;

newNode.next = currentNode;
currentNode.prev = newNode;
}

this.length++;

return true;
}

removeAt(position)

// removeAt() 删除指定位置的节点
// 重写 removeAt()
removeAt(position) {
// 1、position 越界判断
if (position < 0 || position > this.length - 1) return null;

// 2、根据不同情况删除元素
let currentNode = this.head;
if (position === 0) { // 删除第一个节点的情况

if (this.length === 1) { // 链表内只有一个节点的情况
this.head = null;
this.tail = null;
} else { // 链表内有多个节点的情况
this.head = this.head.next;
this.head.prev = null;
}

} else if (position === this.length - 1) { // 删除最后一个节点的情况

currentNode = this.tail;
this.tail.prev.next = null;
this.tail = this.tail.prev;

} else { // 删除 0 ~ this.length - 1 里面节点的情况

let targetIndex = 0;
let previousNode = null;
while (targetIndex++ < position) {
previousNode = currentNode;
currentNode = currentNode.next;
}

previousNode.next = currentNode.next;
currentNode.next.perv = previousNode;

}

this.length--;
return currentNode.data;
}

update(position, data)

// update(position, data) 修改指定位置的节点
// 重写 update()
update(position, data) {
// 1、删除 position 位置的节点
const result = this.removeAt(position);

// 2、在 position 位置插入元素
this.insert(position, data);
return result;
}

forwardToString()

// forwardToString() 链表数据从前往后以字符串形式返回
forwardToString() {
let currentNode = this.head;
let result = '';

// 遍历所有的节点,拼接为字符串,直到节点为 null
while (currentNode) {
result += currentNode.data + '--';
currentNode = currentNode.next;
}

return result;
}

backwardString()

// backwardString() 链表数据从后往前以字符串形式返回
backwardString() {
let currentNode = this.tail;
let result = '';

// 遍历所有的节点,拼接为字符串,直到节点为 null
while (currentNode) {
result += currentNode.data + '--';
currentNode = currentNode.prev;
}

return result;
}

其他方法的实现

双向链表的其他方法通过继承单向链表来实现。

完整实现

class DoublyLinkedList extends LinkedList {
constructor() {
super();
this.tail = null;
}

// ------------ 链表的常见操作 ------------ //
// append(element) 往双向链表尾部追加一个新的元素
// 重写 append()
append(element) {
// 1、创建双向链表节点
const newNode = new DoublyNode(element);

// 2、追加元素
if (this.head === null) {
this.head = newNode;
this.tail = newNode;
} else {
// !!跟单向链表不同,不用通过循环找到最后一个节点
// 巧妙之处
this.tail.next = newNode;
newNode.prev = this.tail;
this.tail = newNode;
}

this.length++;
}

// insert(position, data) 插入元素
// 重写 insert()
insert(position, element) {
// 1、position 越界判断
if (position < 0 || position > this.length) return false;

// 2、创建新的双向链表节点
const newNode = new DoublyNode(element);

// 3、判断多种插入情况
if (position === 0) {
// 在第 0 个位置插入

if (this.head === null) {
this.head = newNode;
this.tail = newNode;
} else {
//== 巧妙之处:相处腾出 this.head 空间,留个 newNode 来赋值 ==//
newNode.next = this.head;
this.head.perv = newNode;
this.head = newNode;
}
} else if (position === this.length) {
// 在最后一个位置插入

this.tail.next = newNode;
newNode.prev = this.tail;
this.tail = newNode;
} else {
// 在 0 ~ this.length 位置中间插入

let targetIndex = 0;
let currentNode = this.head;
let previousNode = null;

// 找到要插入位置的节点
while (targetIndex++ < position) {
previousNode = currentNode;
currentNode = currentNode.next;
}

// 交换节点信息
previousNode.next = newNode;
newNode.prev = previousNode;

newNode.next = currentNode;
currentNode.prev = newNode;
}

this.length++;

return true;
}

// getData() 继承单向链表
getData(position) {
return super.getData(position);
}

// indexOf() 继承单向链表
indexOf(data) {
return super.indexOf(data);
}

// removeAt() 删除指定位置的节点
// 重写 removeAt()
removeAt(position) {
// 1、position 越界判断
if (position < 0 || position > this.length - 1) return null;

// 2、根据不同情况删除元素
let currentNode = this.head;
if (position === 0) {
// 删除第一个节点的情况

if (this.length === 1) {
// 链表内只有一个节点的情况
this.head = null;
this.tail = null;
} else {
// 链表内有多个节点的情况
this.head = this.head.next;
this.head.prev = null;
}
} else if (position === this.length - 1) {
// 删除最后一个节点的情况

currentNode = this.tail;
this.tail.prev.next = null;
this.tail = this.tail.prev;
} else {
// 删除 0 ~ this.length - 1 里面节点的情况

let targetIndex = 0;
let previousNode = null;
while (targetIndex++ < position) {
previousNode = currentNode;
currentNode = currentNode.next;
}

previousNode.next = currentNode.next;
currentNode.next.perv = previousNode;
}

this.length--;
return currentNode.data;
}

// update(position, data) 修改指定位置的节点
// 重写 update()
update(position, data) {
// 1、删除 position 位置的节点
const result = this.removeAt(position);

// 2、在 position 位置插入元素
this.insert(position, data);
return result;
}

// remove(data) 删除指定 data 所在的节点(继承单向链表)
remove(data) {
return super.remove(data);
}

// isEmpty() 判断链表是否为空
isEmpty() {
return super.isEmpty();
}

// size() 获取链表的长度
size() {
return super.size();
}

// forwardToString() 链表数据从前往后以字符串形式返回
forwardToString() {
let currentNode = this.head;
let result = "";

// 遍历所有的节点,拼接为字符串,直到节点为 null
while (currentNode) {
result += currentNode.data + "--";
currentNode = currentNode.next;
}

return result;
}

// backwardString() 链表数据从后往前以字符串形式返回
backwardString() {
let currentNode = this.tail;
let result = "";

// 遍历所有的节点,拼接为字符串,直到节点为 null
while (currentNode) {
result += currentNode.data + "--";
currentNode = currentNode.prev;
}

return result;
}
}

代码测试

const doublyLinkedList = new DoublyLinkedList();

// append() 测试
doublyLinkedList.append("ZZ");
doublyLinkedList.append("XX");
doublyLinkedList.append("CC");
console.log(doublyLinkedList);

// insert() 测试
doublyLinkedList.insert(0, "00");
doublyLinkedList.insert(2, "22");
console.log(doublyLinkedList);

// getData() 测试
console.log(doublyLinkedList.getData(1)); //--> ZZ

// indexOf() 测试
console.log(doublyLinkedList.indexOf("XX")); //--> 3
console.log(doublyLinkedList);

// removeAt() 测试
doublyLinkedList.removeAt(0);
doublyLinkedList.removeAt(1);
console.log(doublyLinkedList);

// update() 测试
doublyLinkedList.update(0, "111111");
console.log(doublyLinkedList);

// remove() 测试
console.log(doublyLinkedList.remove("111111"));
console.log(doublyLinkedList.remove("22222"));
console.log(doublyLinkedList);

// forwardToString() 测试
console.log(doublyLinkedList.forwardToString());

// backwardString() 测试
console.log(doublyLinkedList.backwardString());
  • Post title:JavaScript 数据结构与算法(七)双向链表
  • Post author:XPoet
  • Create time:2020-07-25 16:22:56
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