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【资料结构 Data Structure】Array 阵列:Stack 堆叠 & Queue 伫列

【资料结构 Data Structure】Array 阵列:Stack 堆叠 & Queue 伫列

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定义

  • 相较于 array 和 linked-list,stack 和 queue 只支援 pop 或 shift 这类的方法(只能从头或尾取资料),而不能直接取出中间的项目,目的是要限制开发者的操作,以避免对该资料结构做了不适当的操作。
  • 只要符合定义的都可以称作是 Stack 或 Queue

Stack 堆叠

  • 后进先出 (LIFO, Last in First out)
  • 在 JavaScript 中使用 Array 的 push 和 pop 即可实作 Stack

Stack 堆叠 & Queue 伫列

使用情境

  • 洗盘子,先被叠上的盘子会最后被洗到,最后被叠上的盘子则会先被洗到。
  • 编辑照片或写程式时「上一步」的功能
  • 浏览器上一页的功能。

时间複杂度 Time Complexity

操作 Time Complexity 时间複杂度
Lookup O(n)
Pop O(1)
Push O(1)
Peek O(1),显示下一个会出来的元素,但不会实际把它取出

使用 Array 或 Linked List 来实作 Stack 的优缺点

功能 Array Linked List
上一步 效能很好 除非是 Doubly Linked List,否则 Singly Linked List 在资料结构中并没有保存 previous 的 item,这会使得「上一步」是没有效率的
Push / Pop 可以非常容易的操作 Push 和 Pop 而不会动到整个 Array 的 index 操作较複杂
资料存取效率 效能较好,配置在一连串的记忆体空间中(cache locality) 效能较差,散落在不同的记忆体位置
记忆体使用 有固定 size 的,如果超过了该 size,他会需要 copy 整份到新的位置,这是有可能使得效能下降的原因 资料散落在各个不同记忆体互相连结,没有大小问题

Queue 伫列

  • 先进先出 (FIFO, First in first out)
  • 在 JavaScript 中,使用 Array 的 push 和 shift 即可实作 queue

Stack 堆叠 & Queue 伫列

使用情境

  • 类似平常在排队,第一个排队的人可以第一个进场
  • 购票平台、Uber、印表机列印任务、KTV 点歌

时间複杂度 Time Complexity

操作 Time Complexity 时间複杂度
Lookup O(n)
Enqueue O(1)
Dequeue O(1)
Peek O(1),检视下一个会出来的元素,但不会实际将它移除

为什麽用 Linked List 而不要用 Array 来实作 Queue

  • Array 的所有元素都有 index,当我们在进行 Queue 常用的 Dequeue(shift)时,所有阵列元素的 index 都需要一起被改变,因此会非常没有效率。
  • Linked List 可以从 head 开始,透过 next 直接往后找下一个是谁。

JavaScript 效能

在 JavaScript 中 shift 和 unshift 的效能较差;push 和 pop 的效能较好。

Stack 堆叠 & Queue 伫列

参考资料

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