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。
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。
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
}
}
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 Symbol 或 WeakMap 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]
}
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
}
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]*$/.test(bit)){
return new Error('请输入正确的数值！')
}
let stack = new Stack(), result = ''
while (bit > 0){
stack.push(bit % 2)
bit = Math.floor(bit / 2)
}
while (!stack.isEmpty()){
result += stack.pop().toString()
}
return result
}
方法2：简单实现
下面这个方法，其实不太好，因为没有怎么用到这次要练习的栈方法，哈哈。
/**
* 十进制转换为二进制
* @param {Number} bit
*/
function bitset (bit){
if(bit == 0) return '0'
if(!/^[0-9]+.?[0-9]*$/.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('')
}
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()
}
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
}
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());
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
}
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]
}
}
