DSA avec JS : Comprendre la structure de données des tableaux personnalisés en JavaScript – Un guide étape par étape

Introduction

Les tableaux sont des structures de données fondamentales en programmation, essentielles pour organiser et stocker efficacement les données. Ils permettent aux développeurs de gérer des collections d'éléments, tels que des nombres, des chaînes ou des objets, en les regroupant dans une structure unique et ordonnée. Les tableaux offrent un accès facile aux éléments grâce à l'indexation, ce qui les rend utiles pour diverses tâches telles que le tri, la recherche et la manipulation de données.

Les tableaux natifs de JavaScript sont des structures de données intégrées puissantes et flexibles qui peuvent croître ou diminuer de manière dynamique selon les besoins. Contrairement aux tableaux des langages de niveau inférieur, qui sont généralement de taille fixe, les tableaux JavaScript peuvent gérer différents types de données et ajuster automatiquement leur taille. JavaScript fournit de nombreuses méthodes intégrées qui résument les complexités de la gestion de la mémoire, du redimensionnement et de l'accès aux éléments. Ces méthodes simplifient la manipulation des tableaux, permettant aux développeurs de se concentrer sur la résolution des problèmes sans se soucier de l'implémentation sous-jacente. Les tableaux JavaScript sont optimisés par des moteurs modernes comme V8, ce qui les rend très performants pour la plupart des cas d'utilisation.

Bien que JavaScript fournisse une implémentation de tableau pratique et hautement optimisée, la création d'un tableau personnalisé vous aide à comprendre les mécanismes de gestion de la mémoire, de redimensionnement dynamique et d'accès efficace aux données. En créant des tableaux personnalisés, les développeurs améliorent non seulement leurs compétences en résolution de problèmes, mais développent également une compréhension plus approfondie des principes fondamentaux qui déterminent l'efficacité de la programmation, les préparant ainsi à des structures de données et à des défis algorithmiques plus avancés.

Construire un tableau personnalisé

Permettez-moi de vous montrer un exemple de la façon dont quelqu'un peut écrire des tableaux à l'aide de classes en JavaScript. Cette approche est de plus bas niveau, simulant manuellement le comportement d'un tableau. Pour créer un tableau personnalisé en JavaScript, vous pouvez créer une classe qui imite le comportement des tableaux natifs de JavaScript. La classe aura besoin d'un constructeur pour initialiser le tableau et de méthodes pour effectuer des opérations de base telles que l'ajout, la suppression et le redimensionnement d'éléments. Voici une structure simple :

class CustomArray {
  constructor() {
    this.data = {};  // Object to hold array data
    this.length = 0; // Length of the array
  }

  // Method to add an element at the end
  push(element) {
    this.data[this.length] = element;
    this.length++;
    return this.length;
  }

  // Method to remove the last element
  pop() {
    if (this.length === 0) return undefined;
    const lastElement = this.data[this.length - 1];
    delete this.data[this.length - 1];
    this.length--;
    return lastElement;
  }

  // Method to get the element at a specific index
  get(index) {
    return this.data[index];
  }

  // Method to delete an element at a specific index
  delete(index) {
    const item = this.data[index];
    this.shiftItems(index);  // Shift items after deletion
    return item;
  }

  // Internal method to shift items after deletion
  shiftItems(index) {
    for (let i = index; i < this.length - 1; i++) {
      this.data[i] = this.data[i + 1];
    }
    delete this.data[this.length - 1];
    this.length--;
  }
}

// Example usage
const myArray = new CustomArray();
myArray.push(10);   // [10]
myArray.push(20);   // [10, 20]
myArray.push(30);   // [10, 20, 30]

console.log(myArray.get(1));  // Output: 20

myArray.delete(1);   // [10, 30]
console.log(myArray); // { data: { '0': 10, '1': 30 }, length: 2 }

myArray.pop();  // Remove last element [10]
console.log(myArray); // { data: { '0': 10 }, length: 1 }

Explication:

1. Constructeur (constructeur) : Initialise un objet de données vide et définit la longueur initiale à 0. Cet objet (données) agira comme le stockage interne du tableau.

2. Push (push()) : ajoute un nouvel élément au tableau en l'attribuant au prochain index disponible (suivi par this.length), puis incrémente la longueur.

3. Pop (pop()) : supprime le dernier élément du tableau en supprimant le dernier index et en réduisant la longueur. Cela imite le comportement de la méthode Array.prototype.pop().

4. Get (get()) : récupère la valeur à un index spécifique. Il imite l'accès aux éléments d'un tableau par index (par exemple, arr[1]).

5. Delete (delete()) : supprime un élément à un index donné et décale le reste des éléments vers la gauche pour combler le vide, comme le fait Array.prototype.splice () ferait l'affaire dans des tableaux JavaScript natifs.

6. Shift Items (shiftItems()) : après la suppression d'un élément, cette méthode déplace tous les éléments après l'index supprimé d'une position vers la gauche, ce qui est nécessaire pour maintenir un comportement de type tableau. .

Complexité temporelle et performances

Le sujet de la mesure des performances relève de la notation Big O. Donc, si vous pensez avoir besoin d'étudier la complexité temporelle et les performances, vous pouvez lire cet article pour comprendre les concepts.

Opération push()

Complexité temporelle : O(1) (Temps constant) La méthode push() ajoute un élément à la fin du tableau. Puisqu'il place simplement la valeur à l'indice de longueur actuel, il s'exécute en temps constant, ce qui signifie que l'opération ne dépend pas de la taille du tableau.

Complexité spatiale : O(1) (Espace constant) La complexité spatiale est constante car elle n'ajoute qu'un seul nouvel élément, quelle que soit la taille du tableau.

push(value) {
  this.data[this.length] = value; // O(1)
  this.length++;
}

Opération pop()

Complexité temporelle : O(1) (Temps constant) La méthode pop() supprime le dernier élément, ce qui implique d'accéder au dernier index et d'ajuster la longueur. Cela se fait également en temps constant.

Complexité spatiale : O(1) (Espace constant) Aucune mémoire supplémentaire n'est utilisée et seul le dernier élément est supprimé.

pop() {
  const lastItem = this.data[this.length - 1]; // O(1)
  delete this.data[this.length - 1];
  this.length--;
  return lastItem;
}

Resizing (In the case of dynamic resizing)

Time Complexity: O(n) (Linear time) If you were to implement dynamic resizing (doubling the capacity once the array is full), copying elements to a new larger array would take O(n) time because every element has to be moved to a new location. However, this doesn't happen on every push() call, so amortized over many operations, it approaches O(1) per operation.

Space Complexity: O(n) (Linear space) When resizing, a new array with larger capacity is allocated, leading to a linear space complexity based on the number of elements.

class ResizableArray {
  constructor() {
    this.data = {};
    this.length = 0;
    this.capacity = 2; // Initial capacity
  }

  push(value) {
    if (this.length === this.capacity) {
      this._resize(); // Resize array when it's full
    }
    this.data[this.length] = value;
    this.length++;
  }

  _resize() {
    const newData = {};
    this.capacity *= 2;
    for (let i = 0; i < this.length; i++) {
      newData[i] = this.data[i]; // O(n) operation
    }
    this.data = newData;
  }
}

these are examples of how time and space complexity can be measured for different operations in a custom array implementation. They illustrate the computational cost in terms of time (how long the operation takes) and space (how much memory it uses) based on factors like the size of the array and the type of operation (e.g., push, pop, resizing). These measurements help analyze the efficiency of data structures and algorithms.

Usefulness in coding a javascript script

Custom arrays in JavaScript can be useful in several specific scenarios where you need more control over performance, memory management, or specific behaviors that JavaScript's native array doesn't provide out of the box. Here are a few use cases for custom arrays, along with examples showing how they can provide advantages.

Fixed-Length Array (Optimized Memory Use)

In some cases, you might want an array that has a fixed size, which helps control memory usage more precisely. JavaScript's native array dynamically resizes, but with a custom array, you can allocate a fixed amount of space for efficiency.

Use Case: You are developing a real-time application (e.g., a game or embedded system) where you need strict memory constraints and know exactly how many elements are required.

class FixedArray {
  constructor(size) {
    this.data = new Array(size); // Pre-allocating memory
    this.length = size;
  }

  set(index, value) {
    if (index >= this.length) throw new Error('Index out of bounds');
    this.data[index] = value;
  }

  get(index) {
    if (index >= this.length) throw new Error('Index out of bounds');
    return this.data[index];
  }
}

const fixedArr = new FixedArray(5);
fixedArr.set(0, 'A');
console.log(fixedArr.get(0));  // Output: A

Advantage: Memory is pre-allocated and fixed, which can be beneficial when memory optimization is crucial.

Sparse Array (Efficient for Large, Mostly Empty Arrays)

A sparse array stores only non-null or non-zero elements, which can save memory in cases where an array is large but contains mostly empty or default values.

Use Case: You need to handle a large dataset where only a small percentage of the entries hold values (e.g., managing sparse matrices in scientific computing).

class SparseArray {
  constructor() {
    this.data = {};
  }

  set(index, value) {
    if (value !== null && value !== undefined) {
      this.data[index] = value;
    }
  }

  get(index) {
    return this.data[index] || null; // Return null if the value isn't set
  }
}

const sparseArr = new SparseArray();
sparseArr.set(1000, 'A');  // Only this value takes up memory
console.log(sparseArr.get(1000));  // Output: A
console.log(sparseArr.get(999));   // Output: null

Implementing custom arrays in JavaScript gives you the flexibility to optimize for specific use cases like memory efficiency (fixed or sparse arrays), operational efficiency (circular buffers), or even better programming practices (immutable arrays). These optimizations can significantly improve performance and code reliability in applications with specific requirements, helping you go beyond the limitations of native JavaScript arrays.

Comparing Custom Arrays with Native Arrays

When comparing custom arrays with native arrays in JavaScript, it's essential to understand the strengths and weaknesses of each in different contexts. Native arrays are a built-in feature of JavaScript, providing developers with a highly optimized, dynamic data structure that’s easy to use and integrated deeply into the language. Native arrays come with numerous methods such as push(), pop(), map(), and filter(), which make array manipulation straightforward and efficient for most use cases. Their dynamic nature means they automatically resize when new elements are added, which is convenient when you don’t need strict control over memory management or performance optimizations.

On the other hand, custom arrays allow developers to control the internal behavior of the array-like data structures. Custom arrays can be implemented to fit specific performance, memory, or structural requirements that native arrays might not handle well. For instance, if you need a fixed-size array where resizing is not required, or you need a custom resizing mechanism, a custom array implementation would allow you to pre-allocate memory, control the resizing strategy, or even optimize access patterns to achieve constant-time operations.

One key benefit of custom arrays is that they give you direct control over how memory is allocated and how operations are performed. For example, if performance is crucial in a particular algorithm and native array methods introduce overhead, custom implementations can provide fine-tuned efficiency. Custom arrays can also be designed for more specialized use cases, such as circular buffers or sparse arrays, which are not supported natively in JavaScript.

Les tableaux natifs sont généralement plus rapides dans la plupart des scénarios courants, car ils sont implémentés directement dans le moteur JavaScript, tirant parti des optimisations de bas niveau. Ainsi, la décision d'utiliser l'un plutôt que l'autre dépend en grande partie des besoins spécifiques de votre application, notamment en termes de performances et de gestion de la mémoire.

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En fin de compte, les implémentations de tableaux personnalisés approfondissent votre compréhension des principes JavaScript et informatiques, améliorant ainsi votre capacité à écrire du code plus efficace et plus réfléchi et vous donnant les connaissances nécessaires pour optimiser les solutions lorsque les abstractions natives échouent.

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!