4个常见的算法问题，前端开发者必须要了解一下

2022-07-11 00:00:00 算法 节点 数组 排序 枢轴


英文 | https://medium.com/frontend-canteen/algorithms-for-front-end-interviews-4aa329bb2ce4

翻译 | 杨小爱


前端是一个不断变化的领域，总是有很多新的东西需要我们去学习，这给我们带来了不小的学习成本。
但从长远来看，许多事情也不会改变。一旦你掌握了这些底层技能，就刻意持续一生，这就是掌握了底层逻辑的好处。例如，算法。
当我们在前端谈论算法时，有两种观点：
有人认为算法在前端完全不重要，前端工程师没必要学算法。
也有人声称前端程序员也是程序员，需要深入学习算法，就像算法工程师一样。
我认为这两种观点都有些极端。
首先，算法在前端项目中也有很多应用。例如：
VirtualDOM 是 React 和 Vue 中的核心机制之一。它需要使用哈希表数据结构和diff算法。
在解析模板语法和生成 AST 时，我们需要使用树形数据结构。
浏览器的浏览历史，以及各种撤消和重做功能，都需要用到栈。
所以算法对我们前端开发者来说肯定是有用的。
但同时我们也需要明白：前端更注重工程。
前端工程师重要的是什么？在我看来，重要的是工程能力。
所谓工程能力，本质上就是解决问题的能力。无论是编码技能还是架构思维，其本质都是服务于解决问题的终目标。
完成项目是我们的终极目标，算法只是手段。
作为前端工程师，你不需要在算法领域投入太多精力。您无需获得 ACM 奖或完全理解厚书 Introduction to Algorithms。
所以在这里，我选择了前端面试中经常出现的算法题，然后经过总结整理，今天将其分享给你。
1、如何对数组进行排序？
排序算法是计算机科学中古老、基本的主题之一。大约有十几种常见的排序算法。
当然，我们不必完全掌握这些排序算法。如果我们需要先选择一个排序算法来学习，那么我认为应该是快速排序。
为什么？因为：
  • 快速排序本身被广泛使用。
  • JavaScript 中 Array 的 sort 方法是通过 V8 引擎中的快速排序实现的。
（准确的说，当数组元素少于10个时，V8使用插入排序算法，当数组元素多于10个时，使用快速排序算法。）
“快速排序”的思路很简单，整个排序过程只需要三个步骤：
  1. 选择数组中的一个元素作为“枢轴”。我们可以选择任何元素作为枢轴，但中间的元素更直观。
  2. 所有小于枢轴的元素都被移动到枢轴的左侧；所有大于或等于枢轴的元素都被移动到枢轴的右侧。
  3. 对于枢轴左右的两个子集，重复步和第二步，直到所有子集中只剩下一个元素。
例如，我们有一个需要排序的数组：
let arr = [86, 24, 64, 48, 15, 30, 90, 49]

执行

首先，定义一个参数为数组的快速排序函数。

var quickSort = function(arr) {};

然后，检查数组中的元素个数，如果小于等于 1，则返回。

var quickSort = function(arr) {  if (arr.length <= 1) { return arr; }};

接下来，选择枢轴，将其与原始数组分开，并定义两个空数组来存储两个子集。

var quickSort = function(arr) {
　　if (arr.length <= 1) { return arr; }
　　var pivotIndex = Math.floor(arr.length / 2) ;
　　var pivot = arr.splice(pivotIndex, 1)[];
　　var left = [];
　　var right = [];
};

然后，开始遍历数组，小于主元的元素放入左子集中，大于主元的元素放入右子集中。

var quickSort = function(arr) {
　　if (arr.length <= 1) { return arr; }
　　var pivotIndex = Math.floor(arr.length / 2) ;
　　var pivot = arr.splice(pivotIndex, 1)[];
　　var left = [];
　　var right = [];
　　for (var i = ; i < arr.length; i++){
　　　　if (arr[i] < pivot) {
　　　　　　left.push(arr[i]);
　　　　} else {
　　　　　　right.push(arr[i]);
　　　　}
　　}
};

后，通过使用递归重复这个过程，得到排序后的数组。

var quickSort = function(arr) {
　　if (arr.length <= 1) { return arr; }
　　var pivotIndex = Math.floor(arr.length / 2);
　　var pivot = arr.splice(pivotIndex, 1)[];
　　var left = [];
　　var right = [];
　　for (var i = ; i < arr.length; i++){
　　　　if (arr[i] < pivot) {
　　　　　　left.push(arr[i]);
　　　　} else {
　　　　　　right.push(arr[i]);
　　　　}
　　}
　　return quickSort(left).concat([pivot], quickSort(right));
};

用法：

2、如何在排序后的数组中找到某个值？
对数组进行排序后，让我们使用排序后的数组。
假设我们有一个有序数组，我们想检查这个数组中是否存在某个值。那么我们应该怎么做呢？
我们可以遍历数组以确定该值是否存在于数组中，但是这种方法效率太低。
对于排序数组，我们有一个更有效的方法，就是二分查找。
执行二分搜索的基本步骤是：
  1. 以整个数组的中间元素作为搜索键开始。
  2. 如果搜索键的值等于项目，则返回搜索键的索引。
  3. 或者搜索键的值小于区间中间的项，则将区间缩小到下半部分。
  4. 否则，将其缩小到上半部分。
  5. 从第二点开始反复检查，直到找到值或区间为空。
例如，这是一个排序数组：
[15, 24, 30, 48, 49, 64, 86, 90, 100, 121, 130]

如果我们要检查这个数组中是否存在 48：

执行

function binarySearch(arr, x) {  // left index of the current interval  let l = ;
  // right index of the current interval  let r = arr.length - 1;
  // middle index of the current interval  let mid;
  while (r >= l) {    mid = l + Math.floor((r - l) / 2);
    // If the element is present at the middle    // itself    if (arr[mid] == x) {      return mid;    }
    // If element is smaller than mid, then    // it can only be present in left subarray    if (arr[mid] > x) {      r = mid - 1;    }
    // Else the element can only be present    // in right subarray    if (arr[mid] < x) {      l = mid + 1;    }  }
  // We reach here when element is not  // present in array  return -1;}

用法：

比较

二分搜索比正常的线性搜索更快。

但是，你只能在排序数组上使用二进制搜索！

3、如何反转单链表？

链表是表示一系列节点的数据结构，其中每个节点包含两条信息：节点的值和指向列表中下一个节点的指针/引用。链表的开头称为头，链表末尾的节点称为尾，指向空值；null。

与数组相比，链表的主要好处是更容易在列表中插入或删除节点。另一方面，不允许随机访问数据，因为与数组不同，链表没有索引。

链表也广泛用于前端项目。例如，React 的 Fiber 使用链表。

我们可以这样创建一个链表：

function Node(value) {  this.value = value  this.next = null}
let head = new Node(1)head.next = new Node(3)head.next.next = new Node(9)head.next.next.next = new Node(6)head.next.next.next.next = new Node(2)

如果我们被要求反转一个链表，我们需要让尾部成为头部：

我们可以迭代或递归地反转链表，但我们将只关注通过以下步骤来解释今天的迭代方法：

1)、初始化三个指针：prev、current 和 next：

  • prev：此指针将跟踪当前节点之前的节点，我们将其设置为空，因为单链表节点没有对其前一个节点的引用。

  • current：这个将从列表的头部开始，并跟踪我们当前所在的节点。

  • next：此指针将在其引用更改之前存储下一个节点，并且初设置为 null。

2）、遍历所有节点，遍历链表，只要有节点，每次迭代执行以下操作：

  • 设置为 current.next 的 next （我们需要在更改之前存储 current 的下一个节点）。

  • 将 current.next 设置为 prev（我们现在可以通过反转链接来更改当前的下一个）。

  • 将 prev 设置为 current（此步骤将前一个节点向前移动）。

  • 设置当前等于下一个（这一步将当前节点向前移动）。

  • 对所有节点重复步骤 2。

3）、 返回 prev 指针作为反向列表的新头。

const reverseList = head => {  let prev = null  let next = null  let current = head
  while(current !== null){    next = current.next    current.next = prev    prev = current    current = next  }  return prev}

用图解释：

4、 如何检查括号是否有效？

前端开发经常需要解析模板语法，所以面试中经常会问到下面这个问题。

描述：

给定一个仅包含字符 '(', ')', '{', '}', '[' 和 ']' 的字符串 s，确定输入字符串是否有效。

输入字符串在以下情况下有效：

  • 括号必须用相同类型的括号闭合。

  • 括号必须以正确的顺序闭合。

‍示例 1：

Input: s = "()"Output: true

示例2：

Input: s = "()[]{}"Output: true

示例3：

Input: s = "(]"Output: false

示例4：

Input: s = "([)]"Output: false

‍示例5：

Input: s = "{[]}"Output: true

约束：

  • 1 <= s.length <= 104

  • s 仅包含括号 '()[]{}'。

分析：

对于这类问题，我们一般更喜欢使用栈数据结构。为什么可以用堆栈来完成？

想想有效的括号是什么意思？是对称的意思。

根据栈的后进先出原则，数据的入栈和出栈顺序是对称的。比如1、2、3、4、5、6依次入栈，对应的出栈顺序为6、5、4、3、2、1：

123456 654321

因此，你可以在这里记住一个规则：如果问题涉及括号或其他对称结构，则相关解决方案很可能与堆栈有关。

我们的想法是：遍历整个字符串：

  • 如果找到左括号，则将其添加到堆栈中。

  • 如果找到右括号，则弹出堆栈顶部的一个元素，并确定当前的右括号是否匹配它。

对于有效的括号，整个流程可能如下所示：

执行：

const isValid = function(s) {  if (!s) {    return true;  }
  // array can be used as a stack  const stack = [];
  const len = s.length;
  for (let i = ; i < len; i++) {    // cache    const ch = s[i];
    if (ch === "(" || ch === "{" || ch === "[") {      stack.push(leftToRight[ch]);    }    else {      // If the stack is not empty and the       // openning parenthesis at the top of the stack does not      // match the current character, it is invalid.      if (!stack.length || stack.pop() !== ch) {        return false;      }    }  }  // If all parentheses can be matched successfully,   // then the final stack should be empty  return !stack.length;};

总结

以上就是我分享的4个常见的算法问题。当然，这些内容还远远不够，但是由于文章篇幅关系，这次就不继续了。

很多初级前端开发者，尤其是自学成才的（比如我），面对面试可能会有点害怕，尤其是在我们不擅长的算法领域。

在面试前多练习算法题，为自己搭建知识库。提前准备有助于增强自信心。

面试的时候，积极思考自己的知识库和面试题之间的关系，然后多说自己擅长什么，即使内容和题本身关系不大。

面试结束后，主动与面试官沟通，问他问题的逻辑。同时，你可以把面试中不懂的问题记录下来，然后仔细研究。毕竟，这不会是你的后一次面试。

今天的内容就先到这里了，感谢你的阅读。

原文：https://mp.weixin.qq.com/s/EiX3Znnm5vxaAPlQ3cdq4w


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