JavaScript数据结构——字典和散列表的实现

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  在前一篇文章中,当我们都都 当我们都都 介绍了怎样才能在JavaScript中实现集合。字典和集合的主要区别就在于,集合中数据是以[值,值]的形式保存的,当我们都都 当我们都都 只关心值这一;而在字典和散列表中数据是以[键,值]的形式保存的,键只能重复,当我们都都 当我们都都 不仅关心键,也关心键所对应的值。

  当我们都都 当我们都都 也都要把字典称之为映射表。将会字典和集合很之类,当我们都都 当我们都都 都要在前一篇文章中的集合类Set的基础上来实现当我们都都 当我们都都 的字典类Dictionary。与Set类之类,ES6的原生Map类将会实现了字典的全部功能,稍后当我们都都 当我们都都 会介绍它的用法。

  下面是当我们都都 当我们都都 的Dictionary字典类的实现代码:

class Dictionary {
    constructor () {
        this.items = {};
    }

    set (key, value) { // 向字典中加在或修改元素
        this.items[key] = value;
    }

    get (key) { // 通过键值查找字典中的值
        return this.items[key];
    }

    delete (key) { // 通过使用键值来从字典中删除对应的元素
        if (this.has(key)) {
            delete this.items[key];
            return true;
        }
        return false;
    }

    has (key) { // 判断给定的键值是否处于于字典中
        return this.items.hasOwnProperty(key);
    }

    clear() { // 清空字典内容
        this.items = {};
    }

    size () { // 返回字典中所有元素的数量
        return Object.keys(this.items).length;
    }

    keys () { // 返回字典中所有的键值
        return Object.keys(this.items);
    }

    values () { // 返回字典中所有的值
        return Object.values(this.items);
    }

    getItems () { // 返回字典中的所有元素
        return this.items;
    }
}

  与Set类很之类,也不 把其中value的主次替加在了key。当我们都都 当我们都都 来看看很多测试用例:

let Dictionary = require('./dictionary');

let dictionary = new Dictionary();
dictionary.set('Gandalf', 'gandalf@email.com');
dictionary.set('John', 'john@email.com');
dictionary.set('Tyrion', 'tyrion@email.com');
console.log(dictionary.has('Gandalf')); // true
console.log(dictionary.size()); // 3
console.log(dictionary.keys()); // [ 'Gandalf', 'John', 'Tyrion' ]
console.log(dictionary.values()); // [ 'gandalf@email.com', 'john@email.com', 'tyrion@email.com' ]
console.log(dictionary.get('Tyrion')); // tyrion@email.com

dictionary.delete('John');
console.log(dictionary.keys()); // [ 'Gandalf', 'Tyrion' ]
console.log(dictionary.values()); // [ 'gandalf@email.com', 'tyrion@email.com' ]
console.log(dictionary.getItems()); // { Gandalf: 'gandalf@email.com', Tyrion: 'tyrion@email.com' }

  相应地,下面是使用ES6的原生Map类的测试结果:

let dictionary = new Map();
dictionary.set('Gandalf', 'gandalf@email.com');
dictionary.set('John', 'john@email.com');
dictionary.set('Tyrion', 'tyrion@email.com');
console.log(dictionary.has('Gandalf')); // true
console.log(dictionary.size); // 3
console.log(dictionary.keys()); // [Map Iterator] { 'Gandalf', 'John', 'Tyrion' }
console.log(dictionary.values()); // [Map Iterator] { 'gandalf@email.com', 'john@email.com', 'tyrion@email.com' }
console.log(dictionary.get('Tyrion')); // tyrion@email.com

dictionary.delete('John');
console.log(dictionary.keys()); // [Map Iterator] { 'Gandalf', 'Tyrion' }
console.log(dictionary.values()); // [Map Iterator] { 'gandalf@email.com', 'tyrion@email.com' }
console.log(dictionary.entries()); // [Map Iterator] { [ Gandalf: 'gandalf@email.com' ], [ Tyrion: 'tyrion@email.com' ] }

  和前面当我们都都 当我们都都 自定义的Dictionary类稍微有很多不同,values()法律依据和keys()法律依据返回的全是有有另有一二个数组,也不 Iterator迭代器。原来也不 这里的size是有有另有一二个属性而全是法律依据,已经 也不 Map类那么getItems()法律依据,取而代之的是entries()法律依据,它返回的也是有有另有一二个Iterator。有关Map类的全部全部介绍都要查看这里。

  在ES6中,除了原生的Set和Map类外,还有它们的弱化版本,分别是WeakSet和WeakMap,当我们都都 当我们都都 在《JavaScript数据社会形态——栈的实现与应用》一文中将会见过WeakMap的使用了。Map和Set与它们所有人的弱化版本之间的主要区别是:

  • WeakSet或WeakMap类那么entries、keys和values等迭代器法律依据,只能通过get和set法律依据访问和设置其中的值。这也是为哪几个当我们都都 当我们都都 在《JavaScript数据社会形态——栈的实现与应用》一文中要使用WeakMap类来定义类的私有属性的原因分析分析。
  • 只能用对应作为键值,将会说其中的内容只能是对象,而只能是数字、字符串、布尔值等基本数据类型。

  弱化的Map和Set类主也不 为了提供JavaScript代码的性能。

散列表

  散列表(将会叫哈希表),是这一改进的dictionary,它将key通过有有另有一二个固定的算法(散列函数或哈希函数)得出有有另有一二个数字,已经 将dictionary中key所对应的value存装进去 这一数字所对应的数组下标所包含的存储空间中。在原始的dictionary中,将会要查找某个key所对应的value,当我们都都 当我们都都 都要遍历整个字典。为了提高查询的效率,当我们都都 当我们都都 将key对应的value保存到数组里,假如有一天key不变,使用相同的散列函数计算出来的数字也不 固定的,于是就都要变慢地在数组中找到已经 我查找的value。下面是散列表的数据社会形态示意图:

  下面是当我们都都 当我们都都 散列函数loseloseHashCode()的实现代码:

loseloseHashCode (key) {
    let hash = 0;
    for (let i = 0; i < key.length; i++) {
        hash += key.charCodeAt(i);
    }
    return hash % 37;
}

  这一散列函数的实现很简单,当我们都都 当我们都都 将传入的key中的每有有另有一二个字符使用charCodeAt()函数(有关该函数的全部内容都要查看这里)将其转加在ASCII码,已经 将哪几个ASCII码相加,最后用37求余,得到有有另有一二个数字,这一数字也不 这一key所对应的hash值。接下来要做的也不 将value存装进去 hash值所对应的数组的存储空间内。下面是当我们都都 当我们都都 的HashTable类的主要实现代码:

class HashTable {
    constructor () {
        this.table = [];
    }

    loseloseHashCode (key) { // 散列函数
        let hash = 0;
        for (let i = 0; i < key.length; i++) {
            hash += key.charCodeAt(i);
        }
        return hash % 37;
    }

    put (key, value) { // 将键值对存装进去

哈希表中
        let position = this.loseloseHashCode(key);
        console.log(`${position} - ${key}`);
        this.table[position] = value;
    }

    get (key) { // 通过key查找哈希表中的值
        return this.table[this.loseloseHashCode(key)];
    }

    remove (key) { // 通过key从哈希表中删除对应的值
        this.table[this.loseloseHashCode(key)] = undefined;
    }

    isEmpty () { // 判断哈希表是否为空
        return this.size() === 0;
    }

    size () { // 返回哈希表的长度
        let count = 0;
        this.table.forEach(item => {
            if (item !== undefined) count++;
        });
        return count;
    }

    clear () { // 清空哈希表
        this.table = [];
    }
}

  测试一下上方的哪几个法律依据:

let HashTable = require('./hashtable');

let hash = new HashTable();
hash.put('Gandalf', 'gandalf@email.com'); // 19 - Gandalf
hash.put('John', 'john@email.com'); // 29 - John
hash.put('Tyrion', 'tyrion@email.com'); // 16 - Tyrion

console.log(hash.isEmpty()); // false
console.log(hash.size()); // 3
console.log(hash.get('Gandalf')); // gandalf@email.com
console.log(hash.get('Loiane')); // undefined

hash.remove('Gandalf');
console.log(hash.get('Gandalf')); // undefined
hash.clear();
console.log(hash.size()); // 0
console.log(hash.isEmpty()); // true

  为了方便查看hash值和value的对应关系,当我们都都 当我们都都 在put()法律依据中加入了一行console.log(),用来打印key的hash值和value之间的对应关系。都要看多,测试的结果和前面当我们都都 当我们都都 给出的示意图是一致的。

  散列集合的实现和散列表之类,只不过在散列集合中不再使用键值对,也不 只能值那么键。这一当我们都都 当我们都都 在前面介绍集合和字典的已经 将会讲过了,这里不再赘述。

  细心的同学将会将会发现了,这里当我们都都 当我们都都 提供的散列函数将会过于简单,以致于当我们都都 当我们都都 无法保证通过散列函数计算出来的hash值一定是唯一的。换句话说,传入不同的key值,当我们都都 当我们都都 有将会会得到相同的hash值。尝试一下下面哪几个keys:

let hash = new HashTable();
hash.put('Gandalf', 'gandalf@email.com');
hash.put('John', 'john@email.com');
hash.put('Tyrion', 'tyrion@email.com');
hash.put('Aaron', 'aaron@email.com');
hash.put('Donnie', 'donnie@email.com');
hash.put('Ana', 'ana@email.com');
hash.put('Jamie', 'jamie@email.com');
hash.put('Sue', 'sue@email.com');
hash.put('Mindy', 'mindy@email.com');
hash.put('Paul', 'paul@email.com');
hash.put('Nathan', 'nathan@email.com');

  从结果中都要看多,尽管很多keys不同,已经 通过当我们都都 当我们都都 提供的散列函数你以为得到了相同的hash值,这显然违背了当我们都都 当我们都都 的设计原则。在哈希表中,这一叫做散列冲突,为了得到有有另有一二个可靠的哈希表,当我们都都 当我们都都 都要尽将会地防止散列冲突。那怎样才能防止这一冲突呢?这里介绍这一防止冲突的法律依据:分离链接和线性探查。

分离链接

   所谓分离链接,也不 将原来存储在哈希表中的值改成链表,原来在哈希表的同有有另有一二个位置上,就都要存储多个不同的值。链表中的每有有另有一二个元素,一块儿存储了key和value。示意图如下:

  原来,当不同的key通过散列函数计算出相同的hash值时,当我们都都 当我们都都 只都要找到数组中对应的位置,已经 往其中的链表加在新的节点即可,从而有效地防止了散列冲突。为了实现这一数据社会形态,当我们都都 当我们都都 都要定义有有另有一二个新的辅助类ValuePair,它的内容如下:

let ValuePair = function (key, value) {
  this.key = key;
  this.value = value;

  this.toString = function () { // 提供toString()法律依据以方便当我们都都

当我们都都

测试
      return `[${this.key} - ${this.value}]`;
  }
};

  ValuePair类具有有有另有一二个属性,key和value,用来保存当我们都都 当我们都都 要存入到散列表中的元素的键值对。toString()法律依据在这里全是都要的,该法律依据是为了上方当我们都都 当我们都都 方便测试。

  新的采用了分离链接的HashTableSeparateChaining类都要继承自前面的HashTable类,全部的代码如下:

class HashTableSeparateChaining extends HashTable {
    constructor () {
        super();
    }

    put (key, value) {
        let position = this.loseloseHashCode(key);

        if (this.table[position] === undefined) {
            this.table[position] = new LinkedList(); // 单向链表,都要引入LinkedList类
        }
        this.table[position].append(new ValuePair(key, value));
    }

    get (key) {
        let position = this.loseloseHashCode(key);

        if (this.table[position] !== undefined) {
            let current = this.table[position].getHead();
            while (current) {
                if (current.element.key === key) return current.element.value;
                current = current.next;
            }
        }
        return undefined;
    }

    remove (key) {
        let position = this.loseloseHashCode(key);
        let hash = this.table[position];

        if (hash !== undefined) {
            let current = hash.getHead();
            while (current) {
                if (current.element.key === key) {
                    hash.remove(current.element);
                    if (hash.isEmpty()) this.table[position] = undefined;
                    return true;
                }
                current = current.next;
            }
        }

        return false;
    }

    size () {
        let count = 0;
        this.table.forEach(item => {
            if (item !== undefined) count += item.size();
        });
        return count;
    }

    toString() {
        let objString = "";
        for (let i = 0; i < this.table.length; i++) {
            let ci = this.table[i];
            if (ci === undefined) continue;

            objString += `${i}: `;
            let current = ci.getHead();
            while (current) {
                objString += current.element.toString();
                current = current.next;
                if (current) objString += ', ';
            }
            objString += '\r\n';
        }
        return objString;
    }
}

  其中的LinkedList类为单向链表,具体内容都要查看《JavaScript数据社会形态——链表的实现与应用》。注意,现在hash数组中的每有有另有一二个元素全是有有另有一二个单向链表,单向链表的所有操作当我们都都 当我们都都 都要借有助于LinkedList类来完成。当我们都都 当我们都都 重写了size()法律依据,将会现在要计算的是数组中所有链表的长度总和。

  下面是HashTableSeparateChaining类的测试用例及结果:

let hash = new HashTableSeparateChaining();

hash.put('Gandalf', 'gandalf@email.com');
hash.put('John', 'john@email.com');
hash.put('Tyrion', 'tyrion@email.com');
hash.put('Aaron', 'aaron@email.com');
hash.put('Donnie', 'donnie@email.com');
hash.put('Ana', 'ana@email.com');
hash.put('Jamie', 'jamie@email.com');
hash.put('Sue', 'sue@email.com');
hash.put('Mindy', 'mindy@email.com');
hash.put('Paul', 'paul@email.com');
hash.put('Nathan', 'nathan@email.com');

console.log(hash.toString());
console.log(`size: ${hash.size()}`);
console.log(hash.get('John'));

console.log(hash.remove('Ana'));
console.log(hash.remove('John'));
console.log(hash.toString());

  都要看多,结果和上方示意图上给出的是一致的,size()、remove()和get()法律依据的执行结果也符合预期。

线性探查

  防止散列冲突的另这一法律依据是线性探查。当向哈希数组中加在某有有另有一二个新元素时,将会该位置上将会有数据了,就继续尝试下有有另有一二个位置,直到对应的位置上那么数据时,就在该位置加在在数据。当我们都都 当我们都都 将上方的例子改成线性探查的法律依据,存储结果如下图所示:

  现在当我们都都 当我们都都 不都要单向链表LinkedList类了,已经 ValuePair类仍然是都要的。同样的,当我们都都 当我们都都 的HashTableLinearProbing类继承自HashTable类,全部的代码如下:

class HashTableLinearProbing extends HashTable {
    constructor () {
        super();
    }

    put (key, value) {
        let position = this.loseloseHashCode(key);

        if (this.table[position] === undefined) {
            this.table[position] = new ValuePair(key, value);
        }
        else {
            let index = position + 1;
            while (this.table[index] !== undefined) {
                index ++;
            }
            this.table[index] = new ValuePair(key, value);
        }
    }

    get (key) {
        let position = this.loseloseHashCode(key);

        if (this.table[position] !== undefined) {
            if (this.table[position].key === key) return this.table[position].value;
            let index = position + 1;
            while (this.table[index] !== undefined && this.table[index].key === key) {
                index ++;
            }
            return this.table[index].value;
        }
        return undefined;
    }

    remove (key) {
        let position = this.loseloseHashCode(key);

        if (this.table[position] !== undefined) {
            if (this.table[position].key === key) {
                this.table[position] = undefined;
                return true;
            }
            let index = position + 1;
            while (this.table[index] !== undefined && this.table[index].key !== key) {
                index ++;
            }
            this.table[index] = undefined;
            return true;
        }
        return false;
    }

    toString() {
        let objString = "";
        for (let i = 0; i < this.table.length; i++) {
            let ci = this.table[i];
            if (ci === undefined) continue;

            objString += `${i}: ${ci}\r\n`;
        }
        return objString;
    }
}

  使用上方和HashTableSeparateChaining类相同的测试用例,当我们都都 当我们都都 来看看测试结果:

  都要和HashTableSeparateChaining类的测试结果比较一下,多出来的位置6、14、17、33,正是HashTableSeparateChaining类中每有有另有一二个链表的剩余主次。get()和remove()法律依据不能正常工作,当我们都都 当我们都都 不都要重写size()法律依据,和基类HashTable中一样,hash数组中每有有另有一二个位置只保存了有有另有一二个元素。原来要注意的地方是,将会JavaScript中定义数组时不都要提前给出数组的长度,已经 当我们都都 当我们都都 都要很容易地利用JavaScript语言的这一社会形态来实现线性探查。在很多编程语言中,数组的定义是都要明确给出长度的,这时当我们都都 当我们都都 就都要重新考虑当我们都都 当我们都都 的HashLinearProbing类的实现了。

  loseloseHashCode()散列函数并全是有有另有一二个表现良好的散列函数,正如你所看多的,它会很轻易地产生散列冲突。有有另有一二个表现良好的散列函数都要不能尽将会低地减少散列冲突,并提高性能。当我们都都 当我们都都 都要在网上找很多不同的散列函数的实现法律依据,下面是有有另有一二个比loseloseHashCode()更好的散列函数djb2HashCode():

djb2HashCode (key) {
    let hash = 5381;
    for (let i = 0; i < key.length; i++) {
        hash = hash * 33 + key.charCodeAt(i);
    }
    return hash % 1013;
}

  当我们都都 当我们都都 用相同的测试用例来测试dj2HashCode(),下面是测试结果:

  这次那么冲突!然而这并全是最好的散列函数,但它是社区最推崇的散列函数之一。

  下一章当我们都都 当我们都都 将介绍怎样才能用JavaScript来实现树。