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每周一练 之 数据结构与算法(Stack)

最近公司内部在开始做前端技术的技术分享,每周一个主题的 每周一练,以基础知识为主,感觉挺棒的,跟着团队的大佬们学习和复习一些知识,新人也可以多学习一些知识,也把团队内部学习氛围营造起来。

我接下来会开始把每周一练的题目和知识整理一下,便于思考和巩固,就像今天这篇开始。

学习的道路,很漫长,要坚持,希望大家都能掌握自己喜欢的技术,和自己需要的技术。

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本周练习内容:数据结构与算法 —— Stack

这些都是数据结构与算法,一部分方法是团队其他成员实现的,一部分我自己做的,有什么其他实现方法或错误,欢迎各位大佬指点,感谢。

一、栈有什么特点,生活中有什么例子?

  • 栈( stack )又称堆栈,是一种后进先出的有序集合,其中一端为栈顶,另一端为栈底,添加元素(称为压栈/入栈或进栈)时,将新元素压入栈顶,删除元素(称为出栈或退栈)时,将栈底元素删除并返回被删除元素。
  • 特点:先进后出,后进先出
  • 例子:一叠书、一叠盘子。

栈

二、实现一个栈,并实现下面方法

  • push(element):添加一个新元素到栈顶。
  • pop():移除栈顶的元素,同时返回被移除的元素。
  • peek():返回栈顶的元素,不对栈做任何修改 (这个方法不会移除栈顶的元素,仅仅返回它)。
  • isEmpty():如果栈没有任何元素就返回 true,否则返回 false
  • clear():移除栈里面的所有元素。
  • size():返回栈里的元素个数。这个方法与数组的 length 属性类似。

方法1:ES6实现

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
    }
    clear(){
        this.items = []
    }
    size(){
        return this.items.length
    }
}
复制代码

上面实现的方式虽然简单,但是内部 items 属性是公共的,为了满足面向对象变成私有性的原则,我们应该让 items 作为私有属性,因此我们可以使用 ES6 中 SymbolWeakMap 来实现:

方法2:使用 ES6 的 Symbol 基本数据类型实现
知识点复习:ES6 中的 Symbol 介绍

const _items = Symbol()
class Stack {
    constructor (){
        this[_items] = []
    }
    push (element){
        this[_items].push(element)
    }
    // 剩下方法和第一种实现的差不多,这里省略
    // 只要把前面方法中的 this.items 更改为 this[_items]
}
复制代码

方法3:使用 ES6 的 WeakMap 实现
知识点复习:ES6 中的 WeakMap 介绍

const items = new WeakMap()
class Stack {
    constructor (){
        items.set(this, [])
    }
    push (element){
        let item = items.get(this)
        item.push(element)
    }
    // 剩下方法和第一种实现的差不多,这里省略
    // 只要把前面方法中的获取 this.items 的方式,更改为 items.get(this) 获取
}
复制代码

三、编写一个函数,实现十进制转二进制

题目意思很简单,就是十进制转二进制,但是在实际工作开发中,我们更愿意实现的是任意进制转任意进制,不过呢,我们还是以解决问题为首要目标呀。

当然,业务需求可以直接使用 toString(2) 方法,但是为了练习,咱还是不这么用咯。

方法1:使用前面定义的 Stack 类
这里使用前面题目中定义的 Stack 类。

/**
 * 十进制转换为二进制
 * @param {Number} bit 
 */
function bitset (bit){
    if(bit == 0) return '0'
    if(!/^[0-9]+.?[0-9]*$/.test(bit)){
        return new Error('请输入正确的数值!')
    }

    let stack = new Stack(), result = ''
    while (bit > 0){
        stack.push(bit % 2)
        bit = Math.floor(bit / 2)
    }
    while (!stack.isEmpty()){
        result += stack.pop().toString()
    }
    return result

}
复制代码

方法2:简单实现
下面这个方法,其实不太好,因为没有怎么用到这次要练习的方法,哈哈。

/**
 * 十进制转换为二进制
 * @param {Number} bit 
 */
function bitset (bit){
    if(bit == 0) return '0'
    if(!/^[0-9]+.?[0-9]*$/.test(bit)){
        return new Error('请输入正确的数值!')
    }

    let arr = []
    while(bit > 0){
        arr.push(bit % 2)
        bit = Math.floor(bit / 2)
    }
    return arr.reverse().join('')
}
复制代码

另外可以参考:wikiHow - 从十进制转换为二进制

四、编写一个函数,实现检验圆括号顺序的有效性

主要目的就是:该函数接收一个圆括号字符串,判断里面的括号顺序是否有效,如果有效则返回 true 反之 false
如:

  • ( -> false
  • () -> true
  • (() -> false
  • ()) -> false
  • ()) -> false
  • (((()()))()) -> true

这个题目实现的主要方法是:遍历字符串,先排除错误情况,然后将 ( 入栈保存,将 ) 入栈匹配前一个元素是否是 ( ,如果是,则 pop() 前一个元素 (,如果不是,则 push() 这个 ) 入栈,最终查看栈是否为空,若是则检验成功,否则失败。

方法1:使用前面定义的 Stack 类
这里使用前面题目中定义的 Stack 类。

/**
 * 检验圆括号顺序的有效性
 * @param {String} str 
 */
function validParentheses (str){
    if(!str || str.length === 0 || str[0] === ')') return false

    let stack = new Stack()
    str.split('').forEach(char => {
        let status = stack.peek() === '(' && char === ')'
        status ? stack.pop() : stack.push(char)
    })
    return stack.isEmpty()
}
复制代码

方法2:出入栈操作

/**
 * 检验圆括号顺序的有效性
 * @param {String} str 
 */
function validParentheses (str){
    if(!str || str.length === 0 || str[0] === ')') return false

    let arr = []
    for(let i = 0; i < str.length ; i++){
        str[i] === '(' ? arr.push(str[i]) : arr.pop()
    }
    return arr.length === 0
}
复制代码

五、改造题二,添加一个 min 函数来获得栈中最小元素

步骤 数据栈 辅助栈 最小值
1.push 3 3 0 3
2.push 4 3, 4 0, 0 3
3.push 2 3, 4, 2 0, 0, 2 2
4.push 1 3, 4, 2 ,1 0, 0, 2, 3 1
5.pop 3, 4, 2 0, 0, 2 2
6.pop 3, 4 0, 0 3
7.push 3, 4 ,0 0, 0, 2 0

使用示例如下:

let stack = new Stack();
stack.push(3);
console.log('After push 3, Min item is', stack.min());
stack.push(4);
console.log('After push 4, Min item is', stack.min());
stack.push(2);
console.log('After push 2, Min item is', stack.min());
stack.push(1);
console.log('After push 1, Min item is', stack.min());
stack.pop();
console.log('After pop, Min item is', stack.min());
stack.pop();
console.log('After pop, Min item is', stack.min());
stack.push(0);
console.log('After push 0, Min item is', stack.min());
复制代码

提示:利用辅助栈(Web 端可利用数组),每次对栈 push/pop 元素时,也同时更新辅助栈(存储最小元素的位置)

方法1:小操作

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

  push(element) {
    this.items.push(element);
    let minLen = this.minIndexStack.length;
    let minItemIndex = this.minIndexStack[minLen - 1];
    if(minLen === 0 || this.items[minItemIndex] > item) {
      this.minIndexStack.push(this.items.length - 1);
    } else {
      this.minIndexStack.push(minItemIndex);
    }
  }

  pop() {
    this.minIndexStack.pop();
    return this.items.pop();
  }
  
  min() {
    let len = this.minIndexStack.length;
    return (len > 0 && this.items[this.minIndexStack[len - 1]]) || 0;
  }

  peek() {
    return this.items[this.items.length - 1];
  }
  
  // 省略其它方法
}
复制代码

方法2:与方法1中push实现的差异

class Stack {
    constructor (){
        this.items = [] // 数据栈
        this.arr = []   // 辅助栈
    }
    push( element ){
        this.items.push(element)
        let min = Math.min(...this.items)
        this.arr.push( min === element ? this.size() - 1 : 0)
    }
    pop(){
        this.arr.pop()
        return this.items.pop()
    }
    peek(){
        return this.items[this.items.length - 1]
    }
    isEmpty(){
        return this.items.length === 1
    }
    clear(){
        this.items = []
    }
    size(){
        return this.items.length
    }
    min (){
        let last = this.arr[this.arr.length - 1]
        return this.items[last]
    }
}
复制代码

下周预告

下周将练习队列(Queue) 的题目,开始翻起算法书籍学习咯。

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