面試-8種 常用資料結構總結
1976年，一個瑞士電腦科學家寫一本書《Algorithms + Data Structures = Programs》。即：演算法 + 資料結構 = 程式。40多年過去了，這個等式依然成立。
很多程式碼面試題都要求候選者深入理解資料結構，不管你來自大學計算機專業還是程式設計培訓機構，也不管你有多少年程式設計經驗。有時面試題會直接提到資料結構，比如“給我實現一個二叉樹”，然而有時則不那麼明顯，比如“統計一下每個作者寫的書的數量”。
什麼是資料結構？
資料結構是計算機儲存、組織資料的方式。對於特定的資料結構(比如陣列)，有些操作效率很高(讀某個陣列元素)，有些操作的效率很低(刪除某個陣列元素)。程式設計師的目標是為當前的問題選擇最優的資料結構。
為什麼我們需要資料結構？
資料是程式的核心要素，因此資料結構的價值不言而喻。無論你在寫什麼程式，你都需要與資料打交道，比如員工工資、股票價格、雜貨清單或者電話本。在不同場景下，資料需要以特定的方式儲存，我們有不同的資料結構可以滿足我們的需求。
8種常用資料結構
- 陣列
- 棧
- 佇列
- 連結串列
- 圖
- 樹
- 字首樹
- 雜湊表
1. 陣列
陣列(Array)大概是最簡單，也是最常用的資料結構了。其他資料結構，比如棧和佇列都是由陣列衍生出來的。
下圖展示了1個數組，它有4個元素：
每一個數組元素的位置由數字編號，稱為下標或者索引(index)。大多數程式語言的陣列第一個元素的下標是0。
根據維度區分，有2種不同的陣列：
- 一維陣列(如上圖所示)
- 多維陣列(陣列的元素為陣列)
陣列的基本操作
- Insert - 在某個索引處插入元素
- Get - 讀取某個索引處的元素
- Delete - 刪除某個索引處的元素
- Size - 獲取陣列的長度
常見陣列程式碼面試題
2. 棧
撤回，即Ctrl+Z，是我們最常見的操作之一，大多數應用都會支援這個功能。你知道它是怎麼實現的嗎？答案是這樣的：把之前的應用狀態(限制個數)儲存到記憶體中，最近的狀態放到第一個。這時，我們需要棧(stack)
棧中的元素採用LIFO (Last In First Out)，即後進先出。
下圖的棧有3個元素，3在最上面，因此它會被第一個移除：
棧的基本操作
- Push — 在棧的最上方插入元素
- Pop — 返回棧最上方的元素，並將其刪除
- isEmpty — 查詢棧是否為空
- Top — 返回棧最上方的元素，並不刪除
常見的棧程式碼面試題
記憶體中的堆疊和資料結構堆疊不是一個概念，可以說記憶體中的堆疊是真實存在的物理區，資料結構中的堆疊是抽象的資料儲存結構。
1.記憶體中的堆疊
1)暫存器：最快的儲存區, 由編譯器根據需求進行分配,我們在程式中無法控制.
2)棧：存放基本型別的變數資料和物件的引用，但物件本身不存放在棧中，而是存放在堆（new 出來的物件）或者常量池中（字串常量物件存放在常量池中。）
3)堆：存放所有new出來的物件。
4)靜態域：存放靜態成員（static定義的）
5)常量池：存放字串常量和基本型別常量（public static final）。
6)非RAM儲存：硬碟等永久儲存空間
記憶體空間在邏輯上分為三部分：程式碼區、靜態資料區和動態資料區，動態資料區又分為棧區和堆區。
程式碼區：儲存方法體的二進位制程式碼。高階排程（作業排程）、中級排程（記憶體排程）、低階排程（程序排程）控制程式碼區執行程式碼的切換。
靜態資料區：儲存全域性變數、靜態變數、常量，常量包括final修飾的常量和String常量。系統自動分配和回收。
棧區：儲存執行方法的形參、區域性變數、返回值。由系統自動分配和回收。
例如 int method(int a){int b;}棧中儲存引數a、區域性變數b、返回值temp。
堆區：new一個物件的引用或地址儲存在棧區，指向該物件儲存在堆區中的真實資料。由程式設計師分配和回收（Java中由JVM虛擬機器的垃圾回收機制自動回收）。
例如 Class Student{int num; int age;} main方法中Student stu = new Student()；分配堆區空間中儲存的該物件的num、age，變數stu儲存在棧中，裡面的值是對應堆區空間的引用或地址。
2.資料結構中的堆疊
棧：是一種連續儲存的資料結構，特點是儲存的資料先進後出。
堆：是一棵完全二叉樹結構，特點是父節點的值大於（小於）兩個子節點的值（分別稱為大頂堆和小頂堆）。它常用於管理演算法執行過程中的資訊，應用場景包括堆排序，優先佇列等。
3. 佇列
佇列(Queue)與棧類似，都是採用線性結構儲存資料。它們的區別在於，棧採用LIFO方式，而佇列採用先進先出，即FIFO(First in First Out)。
下圖展示了一個佇列，1是最上面的元素，它會被第一個移除：
佇列的基本操作
- Enqueue — 在佇列末尾插入元素
- Dequeue — 將佇列第一個元素刪除
- isEmpty — 查詢佇列是否為空
- Top — 返回佇列的第一個元素
常見的佇列程式碼面試題
4. 連結串列
連結串列(Linked List)也是線性結構，它與陣列看起來非常像，但是它們的記憶體分配方式、內部結構和插入刪除操作方式都不一樣。
連結串列是一系列節點組成的鏈，每一個節點儲存了資料以及指向下一個節點的指標。連結串列頭指標指向第一個節點，如果連結串列為空，則頭指標為空或者為null。
連結串列可以用來實現檔案系統、雜湊表和鄰接表。
下圖展示了一個連結串列，它有3個節點：
連結串列分為2種：
- 單向連結串列
- 雙向連結串列
連結串列的基本操作
- InsertAtEnd — 在連結串列結尾插入元素
- InsertAtHead — 在連結串列開頭插入元素
- Delete — 刪除連結串列的指定元素
- DeleteAtHead — 刪除連結串列第一個元素
- Search — 在連結串列中查詢指定元素
- isEmpty — 查詢連結串列是否為空
常見的佇列程式碼面試題
5. 圖
圖(graph)由多個節點(vertex)構成，節點之間闊以互相連線組成一個網路。(x, y)表示一條邊(edge)，它表示節點x與y相連。邊可能會有權值(weight/cost)。
圖分為兩種:
- 無向圖
- 有向圖
在程式語言中，圖有可能有以下兩種形式表示：
- 鄰接矩陣(Adjacency Matrix)
- 鄰接表(Adjacency List)
遍歷圖有兩週演算法
- 廣度優先搜尋(Breadth First Search)
- 深度優先搜尋(Depth First Search)
常見的圖程式碼面試題
6. 樹
樹(Tree)是一個分層的資料結構，由節點和連線節點的邊組成。樹是一種特殊的圖，它與圖最大的區別是沒有迴圈。
樹被廣泛應用在人工智慧和一些複雜演算法中，用來提供高效的儲存結構。
下圖是一個簡單的樹以及與樹相關的術語：
樹有很多分類：
- N叉樹(N-ary Tree)
- 平衡樹(Balanced Tree)
- 二叉樹(Binary Tree)
- 二叉查詢樹(Binary Search Tree)
- 平衡二叉樹(AVL Tree)
- 紅黑樹(Red Black Tree)
- 2-3樹(2–3 Tree)
其中，二叉樹和二叉查詢樹是最常用的樹。
常見的樹程式碼面試題
7. 字首樹
字首樹(Prefix Trees或者Trie)與樹類似，用於處理字串相關的問題時非常高效。它可以實現快速檢索，常用於字典中的單詞查詢，搜尋引擎的自動補全甚至IP路由。
下圖展示了“top”, “thus”和“their”三個單詞在字首樹中如何儲存的：
單詞是按照字母從上往下儲存，“p”, “s”和“r”節點分別表示“top”, “thus”和“their”的單詞結尾。
常見的樹程式碼面試題
8. 雜湊表
雜湊(Hash)將某個物件變換為唯一識別符號，該識別符號通常用一個短的隨機字母和數字組成的字串來代表。雜湊可以用來實現各種資料結構，其中最常用的就是雜湊表(hash table)。
雜湊表通常由陣列實現。
雜湊表的效能取決於3個指標：
- 雜湊函式
- 雜湊表的大小
- 雜湊衝突處理方式
下圖展示了有陣列實現的雜湊表，陣列的下標即為雜湊值，由雜湊函式計算，作為雜湊表的鍵(key)，而陣列中儲存的資料即為值(value)：
常見的雜湊表程式碼面試題
參考
- Fundebug部落格 - Node.js面試題之2017
- Fundebug部落格 - 快速掌握JavaScript面試基礎知識(一)
- Fundebug部落格 - 快速掌握JavaScript面試基礎知識(二)
- Fundebug部落格 - 快速掌握JavaScript面試基礎知識(三)
- GeeksforGeeks
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