Алгоритмы и структуры данных на JavaScript: практическое руководство

Онлайн-тренажер Python для начинающих

Изучайте Python легко и без перегрузки теорией. Решайте практические задачи с автоматической проверкой, получайте подсказки на русском языке и пишите код прямо в браузере — без необходимости что-либо устанавливать.

Начать курс

Алгоритмы и структуры данных на JavaScript: от теории к практике

Умение работать с алгоритмами и структурами данных — ключевой навык любого разработчика, независимо от языка программирования. JavaScript (особенно в среде Node.js) не является исключением. В этой статье мы разберём фундаментальные структуры данных и классические алгоритмы, реализовав их на чистом JavaScript. Вы увидите, как стек, очередь, связный список, дерево и алгоритмы сортировки/поиска применяются в реальных задачах бэкенд-разработки на Node.js.

1. Стек и очередь: базовые структуры для управления данными

Стек (Stack) и очередь (Queue) — это линейные структуры данных, которые отличаются правилами добавления и удаления элементов. Стек работает по принципу LIFO (Last In, First Out), а очередь — FIFO (First In, First Out).

Реализация стека на JavaScript

В JavaScript стек можно реализовать на основе массива или связного списка. Рассмотрим простой вариант с массивом:

class Stack {
    constructor() {
        this.items = [];
    }

    push(element) {
        this.items.push(element);
    }

    pop() {
        if (this.isEmpty()) return null;
        return this.items.pop();
    }

    peek() {
        if (this.isEmpty()) return null;
        return this.items[this.items.length - 1];
    }

    isEmpty() {
        return this.items.length === 0;
    }

    size() {
        return this.items.length;
    }
}

// Пример использования
const stack = new Stack();
stack.push('A');
stack.push('B');
stack.push('C');
console.log(stack.pop());  // 'C'
console.log(stack.peek()); // 'B'

Стек часто применяется для проверки сбалансированности скобок, реализации кнопки "Назад" в браузере или для обхода деревьев в глубину.

Реализация очереди на JavaScript

Очередь также можно построить на массиве, но для лучшей производительности (избегая переиндексации при shift) используем связный список или два стека. Вот простая реализация на массиве:

class Queue {
    constructor() {
        this.items = [];
    }

    enqueue(element) {
        this.items.push(element);
    }

    dequeue() {
        if (this.isEmpty()) return null;
        return this.items.shift();
    }

    front() {
        if (this.isEmpty()) return null;
        return this.items[0];
    }

    isEmpty() {
        return this.items.length === 0;
    }

    size() {
        return this.items.length;
    }
}

// Пример использования
const queue = new Queue();
queue.enqueue(1);
queue.enqueue(2);
queue.enqueue(3);
console.log(queue.dequeue()); // 1
console.log(queue.front());   // 2

Очереди используются в системах управления задачами, в алгоритмах BFS (обход в ширину) и для буферизации данных в Node.js (например, потоки).

2. Связный список: динамическая структура для частых вставок

Связный список (Linked List) — это последовательность узлов, каждый из которых содержит данные и ссылку на следующий узел. В отличие от массива, вставка и удаление элементов в середине списка выполняются за O(1) при наличии ссылки на узел.

Реализация односвязного списка

class ListNode {
    constructor(value, next = null) {
        this.value = value;
        this.next = next;
    }
}

class LinkedList {
    constructor() {
        this.head = null;
        this.tail = null;
        this.length = 0;
    }

    append(value) {
        const newNode = new ListNode(value);
        if (!this.head) {
            this.head = newNode;
            this.tail = newNode;
        } else {
            this.tail.next = newNode;
            this.tail = newNode;
        }
        this.length++;
        return this;
    }

    prepend(value) {
        const newNode = new ListNode(value, this.head);
        this.head = newNode;
        if (!this.tail) this.tail = newNode;
        this.length++;
        return this;
    }

    find(value) {
        let current = this.head;
        while (current) {
            if (current.value === value) return current;
            current = current.next;
        }
        return null;
    }

    delete(value) {
        if (!this.head) return null;
        let deletedNode = null;
        while (this.head && this.head.value === value) {
            deletedNode = this.head;
            this.head = this.head.next;
            this.length--;
        }
        let current = this.head;
        if (current) {
            while (current.next) {
                if (current.next.value === value) {
                    deletedNode = current.next;
                    current.next = current.next.next;
                    this.length--;
                } else {
                    current = current.next;
                }
            }
        }
        if (this.tail?.value === value) this.tail = current;
        return deletedNode;
    }

    toArray() {
        const result = [];
        let current = this.head;
        while (current) {
            result.push(current.value);
            current = current.next;
        }
        return result;
    }
}

// Пример использования
const list = new LinkedList();
list.append(10).append(20).prepend(5);
console.log(list.toArray()); // [5, 10, 20]
list.delete(10);
console.log(list.toArray()); // [5, 20]

Связные списки лежат в основе более сложных структур (например, хэш-таблиц для разрешения коллизий) и используются в реализации очередей с приоритетом.

3. Дерево бинарного поиска и рекурсивные алгоритмы

Дерево бинарного поиска (BST) — это иерархическая структура, где каждый узел имеет не более двух потомков. Левое поддерево содержит меньшие значения, правое — большие. Это позволяет выполнять поиск, вставку и удаление за O(log n) в среднем.

Реализация BST

class TreeNode {
    constructor(value) {
        this.value = value;
        this.left = null;
        this.right = null;
    }
}

class BinarySearchTree {
    constructor() {
        this.root = null;
    }

    insert(value) {
        const newNode = new TreeNode(value);
        if (!this.root) {
            this.root = newNode;
            return this;
        }
        let current = this.root;
        while (true) {
            if (value === current.value) return undefined;
            if (value < current.value) {
                if (!current.left) {
                    current.left = newNode;
                    return this;
                }
                current = current.left;
            } else {
                if (!current.right) {
                    current.right = newNode;
                    return this;
                }
                current = current.right;
            }
        }
    }

    find(value) {
        if (!this.root) return false;
        let current = this.root;
        while (current) {
            if (value === current.value) return true;
            if (value < current.value) current = current.left;
            else current = current.right;
        }
        return false;
    }

    // Обход в глубину (in-order)
    inOrder(node = this.root, result = []) {
        if (node) {
            this.inOrder(node.left, result);
            result.push(node.value);
            this.inOrder(node.right, result);
        }
        return result;
    }

    // Обход в ширину (BFS)
    breadthFirst() {
        if (!this.root) return [];
        const queue = [this.root];
        const result = [];
        while (queue.length) {
            const node = queue.shift();
            result.push(node                

Блоги

Рекомендаций по книгам