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2024 年愛爾蘭 AWS 軟體工程師的技術面試題目，看似簡單，卻能深入考察候選人的基礎功與系統設計思維。像 AWS 這樣的頂尖科技公司，特別重視應徵者在資料結構（如 Set、Trie）上的理解與實作能力，同時也會透過這類題目檢視您在功能迭代、效能優化與邊界情況處理等多方面的實力。
Q. 如何實作一個簡易的拼字檢查器？唯一的要求是，如果單字存在於我們的字典中（即拼寫正確），則返回 true，否則返回 false。
JavaScript
class SpellChecker {
constructor(dictionary = []) {
// 初始化字典為 Set，以實現快速查找
this.dictionary = new Set(dictionary);
}
// 檢查單字拼寫是否正確的方法
isCorrect(word) {
return this.dictionary.has(word);
}
}
// 範例用法：
const dictionary = ['apple', 'banana', 'orange'];
const spellChecker = new SpellChecker(dictionary);
console.log(spellChecker.isCorrect('apple')); // true
console.log(spellChecker.isCorrect('grape')); // false
Q. 如何實作預設字典？
JavaScript
class SpellChecker {
// 靜態屬性，用於存放預設字典
static defaultDictionary = ['apple', 'banana', 'orange', 'grape', 'pear'];
constructor(dictionary = SpellChecker.defaultDictionary) {
// 初始化字典為 Set，以實現快速查找
this.dictionary = new Set(dictionary);
}
// 檢查單字拼寫是否正確的方法
isCorrect(word) {
return this.dictionary.has(word);
}
}
// 範例用法：
// 使用預設字典
const spellChecker1 = new SpellChecker();
console.log(spellChecker1.isCorrect('apple')); // true
console.log(spellChecker1.isCorrect('watermelon')); // false
// 使用自訂字典
const customDictionary = ['watermelon', 'mango', 'kiwi'];
const spellChecker2 = new SpellChecker(customDictionary);
console.log(spellChecker2.isCorrect('mango')); // true
console.log(spellChecker2.isCorrect('apple')); // false
Q. 如何手動更新預設字典？
JavaScript
class SpellChecker {
// 靜態屬性，用於存放預設字典
static defaultDictionary = ['apple', 'banana', 'orange', 'grape', 'pear'];
constructor(dictionary = SpellChecker.defaultDictionary) {
// 初始化字典為 Set，以實現快速查找
this.dictionary = new Set(dictionary);
}
// 檢查單字拼寫是否正確的方法
isCorrect(word) {
return this.dictionary.has(word);
}
// 靜態方法，用於替換預設字典
static replaceDefaultDictionary(newDictionary) {
SpellChecker.defaultDictionary = [...newDictionary];
}
}
// 範例用法：
// 使用預設字典
const spellChecker1 = new SpellChecker();
console.log(spellChecker1.isCorrect('apple')); // true
// 用新的單字集替換預設字典
SpellChecker.replaceDefaultDictionary(['kiwi', 'mango', 'pineapple']);
const spellChecker3 = new SpellChecker();
console.log(spellChecker3.isCorrect('kiwi')); // true
console.log(spellChecker3.isCorrect('apple')); // false
Q. 如何實作自動更新預設字典的功能，例如每小時更新一次？
JavaScript
class SpellChecker {
// 靜態屬性，用於存放預設字典
static defaultDictionary = ['apple', 'banana', 'orange', 'grape', 'pear'];
// 更新計時器的間隔 ID
static updateIntervalId = null;
constructor(dictionary = SpellChecker.defaultDictionary) {
// 初始化字典為 Set，以實現快速查找
this.dictionary = new Set(dictionary);
}
// 檢查單字拼寫是否正確的方法
isCorrect(word) {
return this.dictionary.has(word);
}
// 靜態方法，用於替換預設字典
static replaceDefaultDictionary(newDictionary) {
SpellChecker.defaultDictionary = [...newDictionary];
}
// 靜態方法，用於更新預設字典 (例如：獲取新單字)
static updateDefaultDictionary() {
// 更新字典的範例邏輯
// 這裡可以用 API 呼叫來獲取新單字取代
console.log('正在更新預設字典...');
const newWords = ['strawberry', 'blueberry', 'kiwi']; // 範例新單字
// 注意：如果 defaultDictionary 是一個 Set，應使用 add 方法逐個添加，或先轉換為陣列再合併重建 Set
// 這裡假設 defaultDictionary 是一個陣列，所以可以使用 push
SpellChecker.defaultDictionary.push(...newWords);
console.log('預設字典已更新:', SpellChecker.defaultDictionary);
// 實際應用中，還需要考慮如何讓已存在的 SpellChecker 實例獲知字典更新
}
// 靜態方法，用於啟動自動更新預設字典
static startAutoUpdate(interval = 3600000) { // 預設間隔為 1 小時
if (!SpellChecker.updateIntervalId) {
SpellChecker.updateIntervalId = setInterval(
SpellChecker.updateDefaultDictionary,
interval
);
console.log(`自動更新已啟動。間隔：${interval} 毫秒`);
}
}
// 靜態方法，用於停止自動更新預設字典
static stopAutoUpdate() {
if (SpellChecker.updateIntervalId) {
clearInterval(SpellChecker.updateIntervalId);
SpellChecker.updateIntervalId = null;
console.log('自動更新已停止。');
}
}
}
// 範例用法：
// 啟動每小時自動更新字典 (3600000 毫秒)
SpellChecker.startAutoUpdate();
// 使用自動更新字典的拼字檢查器
const spellChecker = new SpellChecker();
// 注意：此 spellChecker 實例的字典是在創建時從當時的 SpellChecker.defaultDictionary 複製的。
// 如果 SpellChecker.updateDefaultDictionary 僅修改靜態的 defaultDictionary，
// 已創建的 spellChecker 實例的 this.dictionary 不會自動獲得更新。
// 需要額外機制來同步或在需要時重新創建實例。
console.log(spellChecker.isCorrect('strawberry')); // 初始可能為 false
setTimeout(() => {
// 為了演示更新效果，可以創建一個新的實例來獲取更新後的字典
const updatedSpellChecker = new SpellChecker();
console.log(updatedSpellChecker.isCorrect('strawberry')); // 若 'strawberry' 已加入預設字典，則應為 true
}, 4000); // 4 秒後檢查
// 停止自動更新
// SpellChecker.stopAutoUpdate();
關於自動更新的注意事項： 上述 updateDefaultDictionary 範例中，如果 SpellChecker.defaultDictionary 是一個陣列，使用 push 會修改它。然而，已創建的 SpellChecker 實例在其 constructor 中是將 dictionary 初始化為一個 新的 Set，這個 Set 是基於當時 SpellChecker.defaultDictionary 的內容創建的。因此，後續對靜態 SpellChecker.defaultDictionary 的修改（例如 push 新詞）不會自動反映到已創建實例的 this.dictionary 中。在實際面試中，闡述這一點並討論可能的解決方案（如事件通知、共享引用、或建議重新實例化）會是一個加分項。
Q. 如何在類別中加入前綴搜尋功能？例如，如果字典包含 "apple"，我搜尋 "app"，應該返回 true，因為有一個以該前綴開頭的單字。
JavaScript
class TrieNode {
constructor() {
this.children = {}; // 子節點
this.isWord = false; // 標記單字結尾的旗標
}
}
class SpellChecker {
// 靜態屬性，用於存放預設字典
static defaultDictionary = ['apple', 'banana', 'orange', 'grape', 'pear'];
constructor(dictionary = SpellChecker.defaultDictionary) {
// 初始化字典為 Set，以實現快速查找完整單字
this.dictionarySet = new Set(dictionary); // 使用 Set 進行精確匹配
// 初始化 Trie 以進行前綴搜尋
this.root = new TrieNode();
// 將字典中的所有單字加入 Trie
for (const word of dictionary) { // 確保從傳入的 dictionary 建構 Trie
this.addWordToTrie(word);
}
}
// 檢查單字拼寫是否正確的方法 (使用 Set)
isCorrect(word) {
return this.dictionarySet.has(word);
}
// 將單字加入 Trie 的方法
addWordToTrie(word) {
let node = this.root;
for (const char of word) {
if (!node.children[char]) {
node.children[char] = new TrieNode();
}
node = node.children[char];
}
node.isWord = true;
}
// 在 Trie 中搜尋前綴的方法
startsWith(prefix) {
let node = this.root;
for (const char of prefix) {
if (!node.children[char]) {
return false; // 若前綴路徑不存在，則返回 false
}
node = node.children[char];
}
return true; // 前綴路徑存在
}
// 靜態方法，用於替換預設字典
// 注意：替換預設字典後，已存在的 SpellChecker 實例的 Trie 和 Set 不會自動更新。
// 需要重新創建實例，或增加更新實例字典的機制。
static replaceDefaultDictionary(newDictionary) {
SpellChecker.defaultDictionary = [...newDictionary];
}
}
// 範例用法：
const spellChecker = new SpellChecker(); // 使用預設字典
console.log(spellChecker.isCorrect('apple')); // true
console.log(spellChecker.startsWith('app')); // true
console.log(spellChecker.startsWith('ora')); // true
console.log(spellChecker.startsWith('grapefruit')); // false
// 如果更新了預設字典
SpellChecker.replaceDefaultDictionary(['grapefruit', 'apricot']);
const newSpellChecker = new SpellChecker(); // 新實例會使用更新後的預設字典
console.log(newSpellChecker.isCorrect('apple')); // false (預設字典已變)
console.log(newSpellChecker.startsWith('app')); // true (來自 'apricot')
console.log(newSpellChecker.isCorrect('grapefruit')); // true
console.log(newSpellChecker.startsWith('grape')); // true (來自 'grapefruit')
Q. 請提供類別中每個函式的時間複雜度。
以下是 SpellChecker 類別中每個函式的時間複雜度分析（結合使用 Set 和 Trie）：
isCorrect(word)方法- 描述： 使用
Set檢查單字是否存在。 - 時間複雜度： 平均 O(1)。最壞情況 O(L) (其中 L 是單字長度，如果雜湊函式需要處理整個字串且發生碰撞)。
- 描述： 使用
addWordToTrie(word)方法- 描述： 將長度為 L 的單字加入
Trie。 - 時間複雜度： O(L)。
- 描述： 將長度為 L 的單字加入
startsWith(prefix)方法- 描述： 在
Trie中搜尋長度為 P 的前綴。 - 時間複雜度： O(P)。
- 描述： 在
- 建構函式 (
constructor(dictionary)) - 描述：
- 初始化 Set：將字典 (含 N 個單字，平均長度 L_avg) 加入 Set。這涉及 N 次插入，每次平均 O(L_avg)（用於雜湊）。總體約 O(NcdotL_avg) 或 O(text總字元數)。
- 初始化 Trie：將字典中的 N 個單字加入 Trie。總體時間為 O(sumL_i)，即字典中所有字元的總長度。
- 總體時間複雜度： O(text字典中總字元數)。
- 靜態方法
replaceDefaultDictionary(newDictionary) - 描述： 用包含 M 個元素的新陣列替換預設字典陣列。
- 時間複雜度： O(M) (複製陣列元素)。
在面試中，清晰地解釋這些複雜度及其假設（例如，Set 的平均情況 vs. 最壞情況，Trie 操作與字串長度的關係）是非常重要的。
Q. Set 資料結構的最壞情況是什麼？
Set 資料結構 (通常基於雜湊表實作)
最壞情況時間複雜度：
- 插入 (Insertion)： O(N) (對於單個操作，其中 N 是 Set 中的元素數量)
- 搜尋 (Search)： O(N)
- 刪除 (Deletion)： O(N)
解釋：
- 為什麼最壞情況是 O(N)？ 儘管
Set在平均情況下提供近乎 O(1) 的效能，這是因為元素透過雜湊函式分散到不同的儲存桶 (buckets)。然而，在最壞情況下（例如，由於糟糕的雜湊函式或特定的資料集導致所有元素都映射到同一個儲存桶），雜湊表會退化。此時，對該儲存桶的操作（通常是一個連結串列）就需要線性掃描，導致時間複雜度變為 O(N)。 - 什麼時候會發生這種情況？ 當雜湊函式未能均勻分佈元素，導致大量雜湊衝突時。一個設計不良的雜湊函式，或者刻意構造的輸入資料，都可能觸發這種最壞情況。
Q. 如何避免在我們的字典實作中出現 Set 的 O(N) 最壞情況？
在技術面試中討論如何規避 Set 的 O(N) 最壞情況，能展現您對資料結構底層和效能優化的深入理解。以下是一些策略：
- 選擇/依賴良好的雜湊函式：
- 原因： 這是最直接的方法。一個好的雜湊函式能確保元素盡可能均勻地分佈，從而顯著減少衝突。
- 解決方案： 在 JavaScript 中，內建的
Set和Map通常已經使用了經過良好測試和優化的雜湊算法。面試中可以提及相信標準庫的實作，但在某些需要自訂雜湊邏輯的語言或場景下，會謹慎選擇或設計雜湊函式。
- 對於核心字典操作，優先考慮 Trie (字典樹)：
- 原因：
Trie的操作（如插入、查找、前綴搜尋）其時間複雜度均為 O(L)（L 為單字或前綴長度），這與字典中的總單字數 N 無關。因此，Trie本身就能避免因雜湊衝突導致的 O(N) 最壞情況。 - 解決方案： 在拼字檢查器的場景中，如果對效能有極高要求，或者預期字典非常龐大可能導致雜湊衝突的風險增加，可以將主要的字典儲存和查詢邏輯完全基於
Trie。
- 原因：
- 使用具有更好最壞情況保證的資料結構：
- 原因： 雖然平均情況下不如雜湊表，但某些資料結構（如平衡二元搜尋樹，例如紅黑樹、AVL樹）能提供 O(logN) 的最壞情況時間複雜度。
- 解決方案： 在 JavaScript 中，這些並非內建的標準集合。如果確實需要嚴格的 O(logN) 最壞情況保證，可能需要自行實現或引入第三方庫。不過，對於拼字檢查這類通常期望 O(1) 或 O(L) 查找的場景，轉向 O(logN) 可能不是首選，除非 O(N) 的風險確實無法接受且
Trie不適用。
- 動態調整大小與重新雜湊 (Rehashing)：
- 原因： 這是雜湊表內部維持其平均 O(1) 效能的關鍵機制。當負載因子（元素數量/儲存桶數量）超過某個閾值時，擴大表的大小並重新分佈所有元素。
- 解決方案： 內建的
Set會自動處理。如果是自訂實現，則必須包含此機制。
在面試情境下，針對拼字檢查器，強調 Trie 的 O(L) 特性 作為避免 O(N) 風險的有效手段，並結合對 內建 Set 的信賴（因其通常有良好的雜湊實作），會是一個全面且實際的回答。
結論
本文系統性地展示了如何從基本需求出發，逐步設計並實現一個功能更豐富、效能更優的解決方案。我們不僅探討了 Set 和 Trie 這兩種核心資料結構在解決此類問題時的應用與權衡，還深入分析了它們的時間複雜度，特別是如何識別並規避 Set 可能出現的效能陷阱。
在準備技術面試時，能夠清晰地闡述解決方案的演進過程、不同設計選擇的優劣，以及對效能和邊界條件的考量，是展現您工程素養的關鍵。透過這個拼字檢查器的實例，我們練習了物件導向設計、靜態與實例方法的運用、以及非同步操作（如自動更新）的初步構想。
掌握這些基礎知識和分析技巧，不僅能幫助您從容應對 AWS 等公司的技術挑戰，更是成為一名優秀軟體工程師的必經之路。希望本文的內容能為您的面試準備和技術成長提供有益的參考。持續練習、深入思考，並樂於探索更優雅的解決方案，將使您在技術的道路上走得更遠。
