數據結構-PHP實現Array

這篇文章是展現如何使用PHP語言實現Array這種數據結構，有人可能會問爲何要用 PHP 而不用其餘語言實現呢？這裏我想說明一下，不少 PHP 程序員缺少數據結構和算法相關的基礎知識，這裏主要是想經過 PHP 實現數據結構的過程來學習數據結構的原理，還請讀者勿要糾結使用什麼語言了，瞭解清楚原理以後，讀者能夠經過本身的喜愛選擇其餘任何一門語言來實現。

1.ArrayStruct 類

<?php
class ArrayStruct
{
    //用於存放數據
    protected $data = [];
    //用於標記數組大小
    protected $size = 0;
    //用於標記數組的容量
    protected $capacity = 10;
    /**
     * 構造函數 定義數組容量
     * ArrayStruct constructor.
     * @param int $capacity
     */
    public function __construct(int $capacity = 10) {
        $this->capacity = $capacity;
    }
    /**
     * 獲取數組元素個數
     * @return int
     */
    public function getSize(): int {
        return $this->size;
    }
    /**
     * 獲取數組的容量
     * @return int
     */
    public function getCapacity(): int {
        return $this->capacity;
    }
    /**
     * 判斷數組是否爲空
     * @return bool
     */
    public function isEmpty(): bool {
        return $this->size == 0;
    }
    /**
     * 向數組指定位置插入元素
     * @param int $index
     * @param $e
     * @throws Exception
     */
    public function add(int $index, $e): void {
        if ($this->size == $this->capacity) {
            $this->resize(2); //擴大到原來的2倍
        }
        if ($index < 0 || $index > $this->size) {
            echo "添加位置超出數組大小";
            exit;
        }
        //爲了方便理解，[1,2,4,5,6],假設 $index = 3; $e = 100,插入以後[1,2,4,100,5,6]
        for ($i = $this->size; $i >= $index; $i--) {
            $this->data[$i] = $this->data[$i - 1];
        }
        $this->data[$index] = $e;
        $this->size++;
    }
    /**
     * 向數組末尾添加元素
     * @param $e
     * @throws Exception
     */
    public function addLast($e): void {
        $this->add($this->size, $e);
    }
    /**
     * 向數組開頭插入元素
     * @param $e
     * @throws Exception
     */
    public function addFirst($e): void {
        $this->add(0, $e);
    }
    /**
     * 獲取 index 位置數組元素
     * @param int $index
     * @return mixed
     */
    public function get(int $index) {
        if ($index < 0 || $index > $this->size) {
            echo "index值超出元素的位置範圍，";
            exit;
        }
        return $this->data[$index];
    }
    /**
     * 判斷數組中是否存在某個元素
     * @param $e
     * @return bool
     */
    public function contains($e): bool {
        for ($i = 1; $i < $this->size; $i++) {
            if ($this->data[$i] == $e) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
    /**
     * 查某個元素在數組的位置索引值，若不存在則返回 -1
     * @param $e
     * @return int
     */
    public function find($e): int {
        for ($i = 0; $i < $this->size; $i++) {
            if ($this->data[$i] == $e) {
                return $i;
            }
        }
        return -1;
    }
    /**
     * 刪除數組指定位置元素，返回刪除元素的值
     * @param $index
     * @return mixed
     */
    public function remove($index) {
        if ($index < 0 || $index > $this->size) {
            echo "index值超出元素的位置範圍，";
            exit;
        }
        $e = $this->data[$index];
        for ($i = $index; $i < $this->size - 1; $i++) {
            $this->data[$i] = $this->data[$i + 1];
        }
        $this->size--;
        $this->data[$this->size] = null;  //loitering objects ! =memory
        /** 若當前數組大小，小於容量的一半，則從新分配一半的數組空間大小 **/
        if ($this->size <= $this->capacity / 4 && $this->capacity % 2 == 0) {
            $this->resize(0.5);
        }
        return $e;
    }
    /**
     * 刪除數組首個元素，返回刪除元素的值
     */
    public function removeFirst() {
        return $this->remove(0);
    }
    /**
     * 刪除數組首個元素，返回刪除元素的值
     */
    public function removeLast() {
        return $this->remove($this->size);
    }
    /**
     * 刪除數組中特定元素
     * @param $e
     */
    public function removeElement($e) {
        for ($i = 0; $i < $this->size; $i++) {
            if ($this->data[$i] == $e) {
                $this->remove($i);
                $this->removeElement($e);
                break;
            }
        }
    }
    /**
     * 數組擴容，如果其餘語言，如JAVA這裏須要從新開闢空間
     * @param $factor
     */
    protected function resize($factor) {
        $this->capacity = $factor * $this->capacity;
    }
    /**
     * 將數組轉化爲字符串
     * @return string
     */
    public function toString(): string {
        $str = "[";
        foreach ($this->data as $value) {
            $str .= $value . ",";
        }
        $str = trim($str, ",");
        $str .= "]";
        return $str;
    }
}

2.index.php

<?php
require 'ArrayStruct.php';
$array = new ArrayStruct(10);
$array->addLast(1);
$array->addLast("aa");
$array->addLast(1);
$array->addLast("cc");
$array->addFirst("cc");
$array->addFirst("ff");
$array->addLast(100);
$array->addLast(100);
$array->addLast(100);
$array->addLast(100);
$array->addLast(100);
$array->addLast(100);
$array->addFirst("ad");
$array->addFirst("ss");
$array->addFirst("nn");
$array->addFirst("mm");
echo $array->toString();
//打印結果 [mm,nn,ss,ad,ff,cc,1,aa,1,cc,100,100,100,100,100,100]

3.簡單的複雜度分析

3.1 添加操做

addLast(num)   O(1)
addFirst(num)  O(n)
addIndex(index，num)  O(n)   嚴格計算須要一些機率論知識
resize(size)  O(1)

Tips：因爲PHP語言自己的數組底層會自動實現擴容，這裏 resize()複雜度暫且看作 O(1)，如果其餘語言，如 JAVA 實現resize() 須要從新開闢空間轉移數據，複雜度看作 O(n) 。

3.2 刪除操做

removeLast(num)   O(1)
removeFisrt()     O(n)
remove(index，num)   O(n/2) = O(n)
resize(size)  O(1)

Tips：因爲PHP語言自己的數組底層會自動實現擴容，這裏 resize()複雜度暫且看作 O(1)，如果其餘語言，如 JAVA 實現resize() 須要從新開闢空間轉移數據，複雜度看作 O(n) 。

3.3 查找操做

getIndex(index)    O(1)
isset(num)          O(n)
find(num)            O(n)

3.4 均攤複雜度

addLast(num)    O(1)
resize()   O(1)
上述兩個組合在一塊兒均攤在一塊兒複雜度至關於 O(1)

Tips：因爲PHP語言自己的數組底層會自動實現擴容，這裏 resize()複雜度暫且看作 O(1)，如果其餘語言，如 JAVA 實現resize() 須要從新開闢空間轉移數據，複雜度看作 O(n) 。

3.5 防止複雜度的震盪

若把 resize() 複雜度看作 O(n)，則須要考慮複雜度震盪問題：

addLast(num)   O(1)
resize    O(n)
removeLast(num)    O(1)

Tips:當容量滿了的時候可能存在一直觸發 resize() ，使得時間複雜度變爲 O(n)，這種狀況稱爲複雜度震盪，解決辦法是，當 size 小於等於 1/2 容量的時候才縮小容量。

代碼倉庫 ：https://gitee.com/love-for-po...

掃碼關注愛因詩賢
​