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。

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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]
    }
}

下周预告

下周将练习队列（Queue） 的题目，开始翻起算法书籍学习咯。