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JavaScript数据结构与算法

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JavaScript数据结构与算法

前言

如果你是科班生上大学时候光想着回寝室玩游戏,又或者是非科班去了培训班学习编程,你使用JS、JQuery、Vue、React得心应手比大部分人写的都要好,你肯定可以在社会上找到一个不错的工作,但是如果面试华为、字节、网易、虾皮等一线大厂,这些技术类的框架反而不是第一考点,一个面试官可能会围绕三块去问你:

  1. 栈和队列的区别
  2. TCPIP和HTTP协议是什么
  3. 冒泡排序和归并排序的区别

这三块其实就是:

  1. 数据结构
  2. 网络
  3. 算法

这三块内容,可能不耽误日常的开发,但是却决定了我们程序员的上限。

2022年我已经进行了2年的前端开发工作,打开Leetcode却磨蹭半天写不出一题,于是我下定决心复习基础学习算法,同时通过这篇文章记录下来,如果你看到了这篇文章,你跟我的情况一样,那么就也开始你的复习或学习吧。

本文根据本人复习节奏同步更新,没写到的或写错的,请谅解或评论提醒,谢谢~

一、数据结构
  • 队列(优先队列)
  • 链表(双向链表、循环链表)
  • 集合(子集、交集、并集、差集)
  • 字典(散列表)
  • 树(二叉搜索树、自平衡树、树遍历)
  • 图(深度优先、广度优先、最短路径)
1.1、栈 Stack

1.1.1、栈的概念

栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构。

比如:羽毛球桶,先放进的羽毛球排在了最下面,以此叠加,最后进的在最上面。放羽毛球的操作叫入栈,拿羽毛球的操作叫出栈,最下面的叫栈底,最上面的叫栈顶。

1.1.2、栈的操作

那么栈都有什么操作呢:

  • push()         入栈
  • pop()           出栈
  • peek()         检查栈顶的元素
  • isEmpty()    是否为空
  • clear()         清空栈
  • size()          栈元素个数

1.1.3、用JavaScript封装一个栈

var Stack = function() {
  var items = [];
  this.push = function(element) {
    items.push(element);
  };
  this.pop = function() {
    return items.pop();
  };
  this.peek = function() {
    return items[items.length - 1];
  };
  this.isEmpty = function() {
    return items.length === 0
  };
  this.clear = function() {
    items = [];
  };
  this.size = function() {
    return items.length;
  };
  this.getItem = function() {
    return items;
  };
}

1.1.4、栈的思想

利用上面的栈我们来实现一个10进制转换2进制的函数,帮助我们理解栈结构的思想:

var turnTwo = function(num) {
  var stack = new Stack();          // new一个栈
  var remainder;                    // 存放余数
  var res = "";                     // 存放结果
  while(num) {
    remainder = num % 2;            // 取余
    num = Math.floor(num / 2);
    stack.push(remainder);          // 入栈
  };
  while(!stack.isEmpty()) {
    res += stack.pop();             // 出栈后添加到结果中
  };
  return res;                       // 返回结果
}

做到这里,我们发现根本不需要那么复杂,声明一个数组直接就能实现这些操作,但是数组的结构其实根本上就是一个栈,所以上述的一些实现主要是为了学会这个栈的思想,也即后进先出。

理解了这个思想,我们来接着看,栈和函数:

var fun1 = function() {
  console.log('function 1 finished!');
};
var fun2 = function() {
  fun1();
  console.log('function 2 finished!');
};
fun2();         // 先打印 function 1 finished 之后打印 function 2 finished

 在上述代码中,通过先入后出的原则来看,执行fun2()之后进入方法体执行fun1(),所以是fun2()先入栈fun1()后入栈,所以fun1()先出栈fun2()后出栈,结果就是:fun1()先打印出来,fun2()则最后。

1.2、队列 queue

1.2.1、队列的概念

队列是一种先进先出(FIFO)的数据结构。

比如:大学生排队进食堂,先进去的吃完饭先出来。进食堂的操作叫enqueue(),出食堂的操作叫dequeue(),查看列头的操作叫front()。

1.2.2、队列的操作

那么队列有哪些操作呢:

  • enqueue() 入队
  • dequeue() 出队
  • front() 查看队列头
  • isEmpty() 检查队列是否为空
  • size() 获取队列长度

1.2.3、用JavaScript实现一个队列

var Queue = function() {
  var items = [];
  this.enqueue = function(element) {
    items.push(element);
  };
  this.dequeue = function(element) {
    return items.shift(element);
  };
  this.front = function() {
    return items[0];
  };
  this.isEmpty = function() {
    return items.length === 0;
  };
  this.size = function() {
    return items.length;  
  };
}

1.2.4、用队列的思想完成击鼓传花的需求

var p = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g'];
var n = 3;
var chuanHua = function(person, nums) {
  const q = new Queue();
  for (let i = 0; i < person.length; i++) {
    q.enqueue(person[i]);
  };
  let numsCopy = nums;
  while(q.size() > 1) {
    if (numsCopy > 1) {
      q.enqueue(q.dequeue());
      numsCopy --;
    } else {
      q.dequeue();
      numsCopy = nums;
    }
  }
  return q.front();
}
chuanHua(p, n);     // 'd'

1.2.5、用优先队列和辅助类,实现vip登机

var PriorityQueue = function() {
  var items = [];
  // 辅助类
  var QueueItem = function(element, priority) {
    this.element = element;
    this.priority = priority;
  };
  // 入队
  this.enqueue = function(element, priority) {
    var queueItem = new QueueItem(element, priority);
    // 是否插入了?是false就是优先级低
    var added = false;
    for (var i = 0; i < items.length; i ++) {
      if (queueItem.priority > items[i].priority) {
        // 如果传入的元素的优先级,比遍历的第i个优先级高则插入元素
        items.splice(i, 0, queueItem);
        added = true;
        break;
      }
    }
    if (!added) {
      items.push(queueItem);
    }
  };
  this.dequeue = function() {
    return items.shift();
  };
};
var test = new PriorityQueue();
test.enqueue('Stefan', 24);
test.enqueue('Edward', 40);    // 最后Edward排在Stefan前面

二、网络 2.1、WWW (World Wide Web)万维网

Internet提供了很多服务,比如www网页服务、FTP文件传输、E-mail电子邮件、Telnet远程登陆等等。随着网站服务类型的增加,不同的二级域名和三级域名对应不同的业务,而业务的处理任务会分配到多个服务器,所以,不再需要使用www来标注主页,很多网站都还会做DNS解析www,原因是尊重用户习惯。

2.2、DNS (Domain Name Server)域名服务器

作用:它的作用是将域名转换为对应的IP地址。

特征:DNS中保存了一张域名和对应IP地址的表,一个域名对应一个IP,一个IP地址可以对应多个域名。

DNS的工作过程:

  • 当客户端输入了url敲击了回车之后,DNS本地服务器查看缓存里有没有这个url域名;
  • 如果缓存中有这个域名的对应IP,则返回IP地址。如果没有,DNS则会先询问根服务器,根服务器中一般会让DNS去找 .com服务器;
  • .com域服务器会让DNS直接去找服务商下对应的域服务器;
  • DNS询问服务商对应的域服务器,拿到对应的IP地址之后,先写入DNS本地缓存,再返回给客户端。

2.3、IP (Internet Protocol Address)IP地址

作用:分配给用户上网使用的互联网协议服务。

分类:IPv4 、 IPv6 、 其他。

形式:比如192.168.0.1,长度是32位,4个字节,用十进制表示。

IPv6对比IPv4的优势:

  • IPv6地址空间更大,有8组128位,用十六进制来表示;
  • 路由表更小;
  • 组播支持以及对流支持增强;
  • 对自动配置的支持;
  • 更高的安全性等等。
2.4、Port 端口号

解释:IP地址假使是上海市浦东新区,域名则是迪士尼乐园,Port端口号则是海盗船的入口。

范围:0 ~ 65535(在HTTP协议下默认的端口号是80,HTTPS是443,FTP协议下是20或21)。

总结:每一个端口对应的是一个服务器的一个业务,访问一个服务器的不同端口相当于访问一个服务器的不同业务。

2.5、TCP (Transmission Control Protocol) 传输控制

特点:面向连接(收发数据前,必须建立可靠的连接),也就是说不管是收数据的一方还是发数据的一方,必须都是可靠的安全的。

建立连接的方式:三次握手。

应用场景:数据必须准确无误的收发,比如:HTTP请求、FTP文件传输、邮件收发等等。

优点:稳定、重传机制、拥塞控制机制、断开连接。

缺点:速度慢、效率低、占用资源、容易被攻击(比如:三次握手时候进行DOS、DDOS攻击)。

TCP/IP协议组:提供点对点的连接机制,制定了数据封装、定址、传输、路由、数据接收的标准。

TCP连接建立的前奏:

①标志位(数据包):

  • SYN:Synchronize Sequence Number 同步序列编号;
  • ACK:Acknowledgement 确认字符。

②状态:

  • LISTEN:监听TCP端口的连接请求;
  • SYN-SENT:在发送连接请求后等待匹配的连接请求;
  • SYN-RECEIVED:在收到和发送一个连接请求后等待对连接请求的确认;
  • ESTABLISHED:代表一个打开的连接,数据可以传送给用户。
2.6、UDP (User Data Protocol) 用户数据报协议

特点:面向无连接 (不可靠的协议,无状态传输机制),无连接信息发送机制。

应用场景:无需确保通讯质量且要求速度快、无需确保信息完整性的场景,比如:qq聊天、语音通话、游戏等。

优点:安全、快速、漏洞少(UDP flood攻击)。

缺点:不可靠、不稳定、容易丢包。

总结:只要目的源地址、端口号确定,则可以直接发送信息报文,但不能保证一定能收到或收到完整的数据。

2.7、HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) & HTTPS (Hyper Text Transfer Protocol Secure)

HTTP:HTTP是超文本传输协议,客户端和服务器端请求和应答的标准,用于从web服务器传输文本到本地浏览器的传输协议。

HTTPS:HTTPS则是按照HTTP协议规则,向web服务器发送的将超文本传输到本地浏览器的请求。HTTPS在HTTP的基础上增加了安全性(安全基础是SSL/TLS):SSL (Secure Sockets Layer) 安全套接层,TLS (Transport Layer Security) 传输层安全,为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议,对网络连接提供加密。

区别:

  • HTTP不安全(监听和中间人攻击等手段,获取账户信息和敏感信息),而HTTPS可以防止被攻击。
  • HTTP协议的传输内容是明文,直接在TCP连接上运行,客户端和服务器都无法验证对方身份,只能通过标志位来判断身份,但是这个身份是可以被篡改的。而HTTPS协议的传输内容都被SSL/TLS加密处理,且运行在SSL/TLS上,SSL/TLC运行在TCP之上,所以数据传输是安全的。
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