2018-05-26 05:33:01 +08:00
# JavaScript 演算法與資料結構
2020-12-17 00:56:57 +08:00
[![CI ](https://github.com/trekhleb/javascript-algorithms/workflows/CI/badge.svg )](https://github.com/trekhleb/javascript-algorithms/actions?query=workflow%3ACI+branch%3Amaster)
2018-05-26 05:33:01 +08:00
[![codecov ](https://codecov.io/gh/trekhleb/javascript-algorithms/branch/master/graph/badge.svg )](https://codecov.io/gh/trekhleb/javascript-algorithms)
這個知識庫包含許多 JavaScript 的資料結構與演算法的基礎範例。
每個演算法和資料結構都有其個別的文件, 內有相關的解釋以及更多相關的文章或Youtube影片連結。
2018-05-26 05:36:45 +08:00
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2018-05-26 05:33:01 +08:00
## 資料結構
資料結構是一個電腦用來組織和排序資料的特定方式,透過這樣的方式資料可以有效率地被讀取以及修改。更精確地說,一個資料結構是一個資料值的集合、彼此間的關係,函數或者運作可以應用於資料上。
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [鏈結串列 ](src/data-structures/linked-list )
* [貯列 ](src/data-structures/queue )
* [堆疊 ](src/data-structures/stack )
* [雜湊表 ](src/data-structures/hash-table )
* [堆 ](src/data-structures/heap )
* [優先貯列 ](src/data-structures/priority-queue )
* [字典樹 ](src/data-structures/trie )
* [樹 ](src/data-structures/tree )
* [二元搜尋樹 ](src/data-structures/tree/binary-search-tree )
* [AVL樹 ](src/data-structures/tree/avl-tree )
* [紅黑樹 ](src/data-structures/tree/red-black-tree )
* [圖 ](src/data-structures/graph ) (有向跟無向皆包含)
* [互斥集 ](src/data-structures/disjoint-set )
2018-05-26 05:33:01 +08:00
## 演算法
演算法是一個如何解決一類問題的非模糊規格。演算法是一個具有精確地定義了一系列運作的規則的集合
### 演算法議題分類
* **數學類**
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [階層 ](src/algorithms/math/factorial )
* [費伯納西數列 ](src/algorithms/math/fibonacci )
* [Primality Test ](src/algorithms/math/primality-test ) (排除法)
* [歐幾里得算法 ](src/algorithms/math/euclidean-algorithm ) - 計算最大公因數 (GCD)
* [最小公倍數 ](src/algorithms/math/least-common-multiple ) (LCM)
* [整數拆分 ](src/algorithms/math/integer-partition )
2018-05-26 05:33:01 +08:00
* **集合**
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [笛卡爾積 ](src/algorithms/sets/cartesian-product ) - 多個集合的乘積
* [冪集合 ](src/algorithms/sets/power-set ) - 所有集合的子集合
* [排列 ](src/algorithms/sets/permutations ) (有/無重複)
* [组合 ](src/algorithms/sets/combinations ) (有/無重複)
* [洗牌算法 ](src/algorithms/sets/fisher-yates ) - 隨機置換一有限序列
* [最長共同子序列 ](src/algorithms/sets/longest-common-subsequence ) (LCS)
* [最長遞增子序列 ](src/algorithms/sets/longest-increasing-subsequence )
* [Shortest Common Supersequence ](src/algorithms/sets/shortest-common-supersequence ) (SCS)
* [背包問題 ](src/algorithms/sets/knapsack-problem ) - "0/1" and "Unbound" ones
* [最大子序列問題 ](src/algorithms/sets/maximum-subarray ) - 暴力法以及動態編程的(Kadane's)版本
2018-05-26 05:33:01 +08:00
* **字串**
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [萊文斯坦距離 ](src/algorithms/string/levenshtein-distance ) - 兩序列間的最小編輯距離
* [漢明距離 ](src/algorithms/string/hamming-distance ) - number of positions at which the symbols are different
* [KMP 演算法 ](src/algorithms/string/knuth-morris-pratt ) - 子字串搜尋
* [Rabin Karp 演算法 ](src/algorithms/string/rabin-karp ) - 子字串搜尋
* [最長共通子序列 ](src/algorithms/string/longest-common-substring )
2018-05-26 05:33:01 +08:00
* **搜尋**
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [二元搜尋 ](src/algorithms/search/binary-search )
2018-05-26 05:33:01 +08:00
* **排序**
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [氣泡排序 ](src/algorithms/sorting/bubble-sort )
* [選擇排序 ](src/algorithms/sorting/selection-sort )
* [插入排序 ](src/algorithms/sorting/insertion-sort )
* [堆排序 ](src/algorithms/sorting/heap-sort )
* [合併排序 ](src/algorithms/sorting/merge-sort )
* [快速排序 ](src/algorithms/sorting/quick-sort )
* [希爾排序 ](src/algorithms/sorting/shell-sort )
2018-07-13 19:23:47 +08:00
* **樹**
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [深度優先搜尋 ](src/algorithms/tree/depth-first-search ) (DFS)
* [廣度優先搜尋 ](src/algorithms/tree/breadth-first-search ) (BFS)
2018-05-26 05:33:01 +08:00
* **圖**
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [深度優先搜尋 ](src/algorithms/graph/depth-first-search ) (DFS)
* [廣度優先搜尋 ](src/algorithms/graph/breadth-first-search ) (BFS)
* [Dijkstra 演算法 ](src/algorithms/graph/dijkstra ) - 找到所有圖頂點的最短路徑
* [Bellman-Ford 演算法 ](src/algorithms/graph/bellman-ford ) - 找到所有圖頂點的最短路徑
* [Detect Cycle ](src/algorithms/graph/detect-cycle ) - for both directed and undirected graphs (DFS and Disjoint Set based versions)
* [Prim’ s 演算法 ](src/algorithms/graph/prim ) - finding Minimum Spanning Tree (MST) for weighted undirected graph
* [Kruskal’ s 演算法 ](src/algorithms/graph/kruskal ) - finding Minimum Spanning Tree (MST) for weighted undirected graph
* [拓撲排序 ](src/algorithms/graph/topological-sorting ) - DFS method
* [關節點 ](src/algorithms/graph/articulation-points ) - Tarjan's algorithm (DFS based)
* [橋 ](src/algorithms/graph/bridges ) - DFS based algorithm
* [尤拉路徑及尤拉環 ](src/algorithms/graph/eulerian-path ) - Fleury's algorithm - Visit every edge exactly once
* [漢彌爾頓環 ](src/algorithms/graph/hamiltonian-cycle ) - Visit every vertex exactly once
* [強連通組件 ](src/algorithms/graph/strongly-connected-components ) - Kosaraju's algorithm
* [旅行推銷員問題 ](src/algorithms/graph/travelling-salesman ) - shortest possible route that visits each city and returns to the origin city
2018-07-13 19:23:47 +08:00
* [Floyd-Warshall algorithm ](src/algorithms/graph/floyd-warshall ) - 一次循环可以找出所有頂點之间的最短路徑
* **未分類**
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [河內塔 ](src/algorithms/uncategorized/hanoi-tower )
* [N-皇后問題 ](src/algorithms/uncategorized/n-queens )
* [騎士走棋盤 ](src/algorithms/uncategorized/knight-tour )
2018-06-12 19:28:19 +08:00
2018-05-26 05:33:01 +08:00
### 演算法範型
演算法的範型是一個泛用方法或設計一類底層演算法的方式。它是一個比演算法的概念更高階的抽象化,就像是演算法是比電腦程式更高階的抽象化。
* **暴力法** - 尋遍所有的可能解然後選取最好的解
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [最大子序列 ](src/algorithms/sets/maximum-subarray )
* [旅行推銷員問題 ](src/algorithms/graph/travelling-salesman ) - shortest possible route that visits each city and returns to the origin city
2018-05-26 05:33:01 +08:00
* **貪婪法** - choose the best option at the current time, without any consideration for the future
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [未定背包問題 ](src/algorithms/sets/knapsack-problem )
* [Dijkstra 演算法 ](src/algorithms/graph/dijkstra ) - 找到所有圖頂點的最短路徑
* [Prim’ s 演算法 ](src/algorithms/graph/prim ) - finding Minimum Spanning Tree (MST) for weighted undirected graph
* [Kruskal’ s 演算法 ](src/algorithms/graph/kruskal ) - finding Minimum Spanning Tree (MST) for weighted undirected graph
2018-05-26 05:33:01 +08:00
* **分治法** - divide the problem into smaller parts and then solve those parts
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [二元搜尋 ](src/algorithms/search/binary-search )
* [河內塔 ](src/algorithms/uncategorized/hanoi-tower )
* [歐幾里得演算法 ](src/algorithms/math/euclidean-algorithm ) - calculate the Greatest Common Divisor (GCD)
* [排列 ](src/algorithms/sets/permutations ) (有/無重複)
* [组合 ](src/algorithms/sets/combinations ) (有/無重複)
* [合併排序 ](src/algorithms/sorting/merge-sort )
* [快速排序 ](src/algorithms/sorting/quick-sort )
* [樹深度優先搜尋 ](src/algorithms/tree/depth-first-search ) (DFS)
* [圖深度優先搜尋 ](src/algorithms/graph/depth-first-search ) (DFS)
2018-05-26 05:33:01 +08:00
* **動態編程** - build up to a solution using previously found sub-solutions
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [費伯納西數列 ](src/algorithms/math/fibonacci )
* [萊溫斯坦距離 ](src/algorithms/string/levenshtein-distance ) - minimum edit distance between two sequences
2018-07-13 19:31:23 +08:00
* [最長共同子序列 ](src/algorithms/sets/longest-common-subsequence ) (LCS)
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [最長共同子字串 ](src/algorithms/string/longest-common-substring )
* [最長遞增子序列 ](src/algorithms/sets/longest-increasing-subsequence )
* [最短共同子序列 ](src/algorithms/sets/shortest-common-supersequence )
* [0/1背包問題 ](src/algorithms/sets/knapsack-problem )
* [整數拆分 ](src/algorithms/math/integer-partition )
* [最大子序列 ](src/algorithms/sets/maximum-subarray )
* [Bellman-Ford 演算法 ](src/algorithms/graph/bellman-ford ) - finding shortest path to all graph vertices
2018-05-26 05:33:01 +08:00
* **回溯法** - 用類似暴力法來嘗試產生所有可能解,但每次只在能滿足所有測試條件,且只有繼續產生子序列方案來產生的解決方案。否則回溯並尋找不同路徑的解決方案。
2018-06-22 20:44:46 +08:00
* [漢彌爾頓迴路 ](src/algorithms/graph/hamiltonian-cycle ) - Visit every vertex exactly once
* [N-皇后問題 ](src/algorithms/uncategorized/n-queens )
* [騎士走棋盤 ](src/algorithms/uncategorized/knight-tour )
2018-05-26 05:33:01 +08:00
* **Branch & Bound**
## 如何使用本知識庫
**安裝所有必須套件**
```
npm install
```
**執行所有測試**
```
npm test
```
**以名稱執行該測試**
```
2018-07-07 15:14:00 +08:00
npm test -- 'LinkedList'
2018-05-26 05:33:01 +08:00
```
**練習場**
你可以透過在`./src/playground/playground.js`裡面的檔案練習資料結構以及演算法,並且撰寫在`./src/playground/__test__/playground.test.js`裡面的測試程式。
接著直接執行下列的指令來測試你練習的 code 是否如預期運作:
```
2018-07-07 15:14:00 +08:00
npm test -- 'playground'
2018-05-26 05:33:01 +08:00
```
## 有用的資訊
### 參考
[▶ Data Structures and Algorithms on YouTube ](https://www.youtube.com/playlist?list=PLLXdhg_r2hKA7DPDsunoDZ-Z769jWn4R8 )
### 大 O 標記
特別用大 O 標記演算法增長度的排序。
2018-06-12 19:28:19 +08:00
![Big O 表 ](./assets/big-o-graph.png )
2018-05-26 05:33:01 +08:00
資料來源: [Big O Cheat Sheet ](http://bigocheatsheet.com/ ).
2018-06-12 19:28:19 +08:00
2018-05-26 05:33:01 +08:00
下列列出幾個常用的 Big O 標記以及其不同大小資料量輸入後的運算效能比較。
2018-07-27 14:16:55 +08:00
| Big O 標記 | 10個資料量需花費的時間 | 100個資料量需花費的時間 | 1000個資料量需花費的時間 |
2018-05-26 05:33:01 +08:00
| -------------- | ---------------------------- | ----------------------------- | ------------------------------- |
| **O(1)** | 1 | 1 | 1 |
| **O(log N)** | 3 | 6 | 9 |
| **O(N)** | 10 | 100 | 1000 |
| **O(N log N)** | 30 | 600 | 9000 |
| **O(N^2)** | 100 | 10000 | 1000000 |
| **O(2^N)** | 1024 | 1.26e+29 | 1.07e+301 |
| **O(N!)** | 3628800 | 9.3e+157 | 4.02e+2567 |
### 資料結構運作複雜度
2018-06-12 19:28:19 +08:00
2018-07-27 03:11:42 +08:00
| 資料結構 | 存取 | 搜尋 | 插入 | 刪除 |
2018-06-12 19:28:19 +08:00
| ----------------------- | :-------: | :-------: | :-------: | :-------: |
2018-05-26 05:33:01 +08:00
| **陣列** | 1 | n | n | n |
| **堆疊** | n | n | 1 | 1 |
2018-06-12 19:28:19 +08:00
| **貯列** | n | n | 1 | 1 |
2018-05-26 05:33:01 +08:00
| **鏈結串列** | n | n | 1 | 1 |
| **雜湊表** | - | n | n | n |
| **二元搜尋樹** | n | n | n | n |
| **B-Tree** | log(n) | log(n) | log(n) | log(n) |
| **紅黑樹** | log(n) | log(n) | log(n) | log(n) |
| **AVL Tree** | log(n) | log(n) | log(n) | log(n) |
2018-06-07 13:28:37 +08:00
### 陣列排序演算法複雜度
2018-05-26 05:33:01 +08:00
2018-07-27 03:12:34 +08:00
| 名稱 | 最佳 | 平均 | 最差 | 記憶體 | 穩定 |
2018-07-27 03:11:42 +08:00
| ---------------------- | :-------: | :-------: | :-----------: | :-------: | :-------: |
2021-05-06 12:56:40 +08:00
| **氣泡排序** | n | n^2 | n^2 | 1 | Yes |
2018-05-26 05:33:01 +08:00
| **插入排序** | n | n^2 | n^2 | 1 | Yes |
| **選擇排序** | n^2 | n^2 | n^2 | 1 | No |
| **Heap 排序** | n log(n) | n log(n) | n log(n) | 1 | No |
2018-07-27 03:11:42 +08:00
| **合併排序** | n log(n) | n log(n) | n log(n) | n | Yes |
2018-05-26 05:33:01 +08:00
| **快速排序** | n log(n) | n log(n) | n^2 | log(n) | No |
2018-07-27 03:11:42 +08:00
| **希爾排序** | n log(n) | 由gap sequence決定 | n (log(n))^2 | 1 | No |
2021-05-26 16:29:05 +08:00
2021-05-26 16:55:57 +08:00
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