JavaScript数据结构-模拟链表

在JavaScript中没有链表这种数据结构，但是我们可以用对象(Object)模拟链表，下面让我们先了解链表是什么。

链表（Linked List）是一种基础的数据结构，由一系列节点（Node）组成，每一个节点由两部分组成，分别是数据域和指针域(存放指向下一个节点的指针)，最后一个节点的指针域指向null(即空指针的意思)。链表在插入和删除操作中具有较高的效率，广泛应用于实际开发中。

一、基本概念

链表是一种线性数据结构，它的每个元素都是一个节点。每个节点包含两部分：

1. 数据域（Data）：存储元素的值。
2. 指针域（Next）：存储指向下一个节点的引用。

二、链表的类型

1、单向链表（Singly Linked List）

• 描述：每个节点只包含指向下一个节点的指针。
  

2、双向链表（Doubly Linked List）

• 描述：每个节点包含指向前一个节点和下一个节点的指针。
  

3、循环链表（Circular Linked List）

• 描述：单向或双向链表的最后一个节点指向头节点，形成一个环。

单向循环链表

双向循环链表

二、模拟实现

1. 单向链表

下面是一个简单的单向链表的实现，包括定义节点，添加节点、删除节点、遍历链表等基本方法：

// 定义节点类
class ListNode {constructor(value) {this.value = value; // 节点的值this.next = null;   // 指向下一个节点的指针，初始为 null}
}// 定义单向链表类
class LinkedList {constructor() {this.head = null; // 链表头节点，初始为 null}// 在链表末尾添加节点append(value) {// 创建一个新的节点const newNode = new ListNode(value);// 如果链表为空，新的节点作为头节点if (this.head === null) {this.head = newNode;} else {let current = this.head;// 遍历链表找到最后一个节点while (current.next !== null) {current = current.next;}// 将新的节点添加到最后一个节点的 nextcurrent.next = newNode;}}// 在链表头部添加节点prepend(value) {const newNode = new ListNode(value);newNode.next = this.head;this.head = newNode;}// 删除指定值的节点remove(value) {// 链表为空if (!this.head) {return null;}//如果要删除的节点是头节点if (this.head.value === value) {this.head = this.head.next;return;}let current = this.head;while (current.next && current.next.value !== value) {current = current.next;}// 如果找到了要删除的节点if (current.next) {current.next = current.next.next;}}// 遍历链表节点traverse() {let current = this.head;while (current !== null) {console.log(current.value);current = current.next;}}
}const list = new LinkedList();
list.append(1);
list.append(2);
list.append(3);
list.prepend(0);
list.traverse(); // 输出 0 1 2 3

2. 双向链表

下面是一个简单的双向链表的实现，包括定义节点，添加节点、删除节点、遍历链表等基本方法：

// 定义双向节点类
class DoublyListNode {constructor(value) {this.value = value; // 节点的值this.next = null;   // 指向下一个节点的指针，初始为 nullthis.prev = null;   // 指向前一个节点的指针，初始为 null}
}// 定义双向链表类
class DoublyLinkedList {constructor() {this.head = null; // 链表头节点，初始为 nullthis.tail = null; // 链表尾节点，初始为 null}// 在链表末尾添加节点append(value) {// 创建一个新的节点const newNode = new DoublyListNode(value);// 如果链表为空，新的节点作为头和尾节点if (this.tail === null) {this.head = newNode;this.tail = newNode;} else {// 将新的节点添加到尾节点的 nextthis.tail.next = newNode;// 新节点的 prev 指向当前的尾节点newNode.prev = this.tail;// 新节点作为新的尾节点this.tail = newNode;}}// 在链表头部添加节点prepend(value) {const newNode = new DoublyListNode(value);if (this.head === null) {this.head = newNode;this.tail = newNode;} else {// 头节点的 prev 指向新的节点this.head.prev = newNode;// 新节点的 next 指向当前的头节点newNode.next = this.head;// 新节点作为新的头节点this.head = newNode;}}// 删除指定值的节点remove(value) {if (this.head === null) return; // 如果链表为空，直接返回// 如果头节点就是要删除的节点if (this.head.value === value) {this.head = this.head.next;if (this.head !== null) {this.head.prev = null;} else {this.tail = null; // 如果链表为空，更新尾节点}return;}let current = this.head;while (current !== null) {if (current.value === value) { // 找到要删除的节点if (current.next !== null) {current.next.prev = current.prev;} else {this.tail = current.prev; // 更新尾节点}current.prev.next = current.next;return;}current = current.next;}}// 遍历链表节点traverse() {let current = this.head;while (current !== null) {console.log(current.value);current = current.next;}}
}// 示例：使用双向链表
const dList = new DoublyLinkedList();
dList.append(1);
dList.append(2);
dList.append(3);
dList.prepend(0);
dList.traverse(); // 输出 0 1 2 3

三、链表的进阶操作

1. 反转链表

思路：通过三个指针（prev、current和next）来遍历链表，逐个节点地改变其指向，最终实现链表的反转。具体来说，先将prev初始化为null，current指向头节点，然后在循环中不断更新这三个指针的值，直到current为null。

function reverseLinkedList(list) {let prev = null;let current = list.head;while (current !== null) {// 暂存下一个节点let next = current.next;// 将当前节点的 next 指向前一个节点current.next = prev; // 更新前一个节点为当前节点prev = current; // 继续遍历下一个节点current = next; }// 更新头节点为最后一个非空节点list.head = prev; return list;
}

2. 合并两个有序链表

思路：创建一个新的虚拟头节点，然后使用两个指针分别遍历两个有序链表，比较当前节点的值，将较小的节点连接到新链表的末尾，并移动相应的指针。重复此过程，直到其中一个链表为空，然后将另一个非空链表的剩余部分连接到新链表的末尾。

function mergeTwoLists(l1, l2) {// 创建一个哨兵节点let dummy = new ListNode(0); let current = dummy;let p1 = l1.head;let p2 = l2.head;// 遍历两个链表while (p1 !== null && p2 !== null) {if (p1.value < p2.value) {// 将较小值的节点添加到结果链表中current.next = p1; p1 = p1.next;} else {current.next = p2;p2 = p2.next;}current = current.next;}// 将剩余的节点连接到结果链表中if (p1 !== null) {current.next = p1;}if (p2 !== null) {current.next = p2;}let mergedList = new LinkedList();// 哨兵节点的 next 为合并后的头节点mergedList.head = dummy.next; return mergedList;
}

3. 查找中间节点

思路：使用两个指针的方法，一个指针每次移动一步，另一个指针每次移动两步。当快指针到达链表末尾时，慢指针刚好在中间节点。

function findMiddle(list){let slow = list.head;let fast = list.head;while (fast !== null && fast.next !== null) {slow = slow.next;fast = fast.next.next;}return slow;
}

四、总结

链表作为一种基础且重要的线性数据结构，在数据处理领域发挥着独特作用，尤其在应对频繁的插入与删除操作时展现出显著优势。深入了解并熟练掌握链表的基本操作以及更为复杂的进阶操作，能够为解决各类实际问题提供有力的支持。