数据结构复习二:线性表

写在前面:考完离散就剩两天复习数据结构,还有七章,我可能要没了……冲冲冲!

什么是线性表

定义是:由n(>=0)个数据特性相同的元素构成的有限序列 n=0时为空表

非空线性结构的特点:

1、“第一个”元素唯一

2、“最后一个”元素唯一

3、除第一个之外,数据结构中的每个数据元素均只有一个前驱

4、除最后一个之外,每个数据元素均只有一个后继

顺序表

定义不再详述,顾名思义。存储结构有随机存取的特点。

用动态分配的一维数组表示顺序表(一般表示),代码如下:

typedef struct{
    ElemType *elem;         //存储空间基地址
    int length;             //当前长度
}sqList;

用动态分配的一维数组表示顺序表(以一元多项式的顺序存储结构为例),代码如下:

typedef struct{
    float coef;     //系数
    int expn;       //指数
}Polynomial;
typedef struct{
    Polynomial *elem;       //存储空间的基地址
    int length;             //多项式中当前项的个数
}sqList;

顺序表中基本操作的实现

1、初始化

算法步骤:为表L动态分配一个预定义大小的数组空间,使elem指向这段空间的地址,并将当前表长设为0。

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代码实现:

L.elem=new ElemType[maxn];       //为顺序表分配一个大小为maxn的空间
if(!L.elem) exit(OVERFLOW);     //存储分配失败退出

特别注意程序运行失败的出口!

2、取值

算法步骤:判断指定位置序号i值是否合理,若i值合理,则将对应数据元素L.elem[i-1]赋给参数e,通过e返回第i个数据元素的值,否则返回ERROR。

注意算法步骤的逻辑!先判断后执行

代码不再给出。

时间复杂度显然是O(1)。

3、查找

查找的算法会在以后的内容专门作为一部分详细说明,这里的查找只有顺序遍历,时间复杂度为O(n)。

4、插入

算法步骤:

1、判断位置i是否合法

2、判断顺序表存储空间是否合法

3、将n至第i个元素依次向后移动一个位置,空出第i个位置

4、将要插入的新元素e放入第i个位置

5、length++

同样注意算法的逻辑!

代码不再给出,下面进行时间复杂度分析:

在第i个元素之前插入的概率是 p_{i}=\frac{1}{n+1},移动次数为n-i+1;

那么在长度为n的线性表中插入一个元素时所需移动元素次数的期望值是:E=\frac{1}{n+1}\sum_{i=1}^{n+1}(n-i+1)=\frac{n}{2}

由此可见平均时间复杂度为O(n)。

5、删除

算法步骤:

1、判断删除位置i是否合法

2、将第i+1个至第n个位置的元素依次向前移动一个位置

3、length--

时间复杂度分析同上:E=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(n-i)=\frac{n-1}{2}

链表

即线性表的链式存储结构,特点是用一组任意的存储单元存储线性表的数据元素(连续或不连续)

存储内容包括本身的信息以及直接后继的存储位置,分别称为数据域指针域

根据链表结点所含指针个数、指针指向和指针连接方式,可将链表分为单链表、循环链表、双向链表、二叉链表、十字链表、邻接表、邻接多重表等。

单链表的定义及表示

头结点可加可不加,增加后操作较为便利。

单链表可由头指针唯一确定,非随机存取,存储结构代码如下:

typedef struct LNode{
    ElemType data;              //结点的数据域
    struct LNode *next;         //结点的指针域
}LNode,*LinkList;               //LinkList为LNode的指针类型,定义时LNode *p与LinkList p完全相同

单链表基本操作的实现

1、初始化

L=new LNode;                //生成新结点作为i头节点,用头指针L指向头结点
L->next=NULL;               //头结点指针域置空

2、取值

p=p->next遍历操作,比较简单,不再详述。

平均查找长度ASL=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(i-1)=\frac{n-1}{2}

时间复杂度为O(n)。

3、查找

也是遍历,时间复杂度同上

4、插入

也比较简单,主要是找到位置,创建新结点并插入,关键代码:

s->next=p->next;        //两个p->next可分别理解为一个有值的结点
p->next=s;             //一片待赋值的空间

5、删除

主要代码:

q=p->next;
p->next=q->next;        //将待删除结点的前驱结点的后继指向待删除结点的后继
delete q;

6、创建单链表

这里是个小小的重点

前插法创建单链表

算法步骤:

1、创建一个只有头结点的空链表

2、根据带创建链表包括的元素个数n,循环n次执行以下操作:

(1)生成一个新结点*p

(2)输入元素值赋给新结点*p的数据域

(3)将新结点*p插入到头结点之后

代码实现:

void CreateList_H(LinkList &L, int n)
{
    LinkList p;
    L = new LNode;
    L->next = NULL;
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        p = new LNode;
        cin >> p->data;
        p->next = L->next;
        L->next = p;
    }
}

时间复杂度显然为O(n)。

这里每次从头插入元素,所得链表顺序为原数组逆序,所以实际写代码时一般用后插法

后插法创建单链表

算法步骤:

1、创建一个只有头结点的空链表

2、尾指针r初始化,指向头结点

3、根据创建链表包括的元素个数n,循环n次执行以下操作

(1)生成一个新结点*p

(2)输入元素值赋给新结点*p的数据域

(3)将新结点*p插入到尾结点*r之后

(4)尾指针指向新的尾结点*p

代码实现:

void CreateList_R(LinkList &L, int n)
{
    LinkList r, p;
    L = new LNode;
    L->next = NULL;
    r = L;              
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        p = new LNode;
        cin >> p->data;
        p->next = NULL;
        r->next = p;
        r = p;
    }
}

这里如果把r看成一个外部的东西会很难理解,就直接看成当前指针吧,比如刚开始时就把r看作跟L一样的东西(实际上代码里也是这么表现的),后面的r就是每一步的p。

时间复杂度也是n。

循环链表

特点是表中最后一个结点的指针域指向头结点,整个链表形成一个环。

判断当前指针是否指向表为结点的终止条件由p!=NULL或p->next!=NULL变为p!=L或p->next!=L。

有时循环链表中只设立尾指针,这样会简化链表的合并操作。

双向链表

结点中由两个指针域,一个指向直接后继,另一个指向直接前驱

存储结构:

typedef struct DuLNode{
    ElemType data;
    struct DuLNode *prior;
    struct DuLNode *next;
}DuLNode,*DuLinkList;

双向链表的插入、删除操作涉及两个方向上的指针,与单链表有很大不同,其他操作与单链表没有什么不同

双向链表的插入,主要代码:

s->prior=p->prior;
p->prior->next=s;
s->next=p;
p->prior=s;

删除要简单一些:

p->prior->next=p->next;
p->next->prior=p->prior;

两者时间复杂度均为O(n)。

顺序表和链表的比较

1、空间性能的比较

基于存储空间的分配以及存储密度的大小,当线性表的长度变化比较大,难以预估存储规模时,宜采用链表作为存储结构

反之,当线性表长度变化不大,易于事先确定大小时,为了节约存储空间,宜采用顺序表作为存储结构

附:存储密度=数据元素本身占用的存储量 / 结点结构占用的存储量

2、时间性能的比较

基于存取元素的效率以及插入和删除操作的效率,若先行表的主要操作是和元素位置紧密相关的这类取值操作,很少做插入或删除操作时,宜采用顺序表作为存储结构

反之,对于频繁进行插入或删除操作的先行表,宜采用链表作为存储结构

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注:本文所有内容均来源于《数据结构(C语言第二版)》(严蔚敏老师著)

目录

什么是线性表

顺序表

顺序表中基本操作的实现

1、初始化

2、取值

3、查找

4、插入

5、删除

链表

单链表的定义及表示

单链表基本操作的实现

1、初始化

2、取值

3、查找

4、插入

5、删除

6、创建单链表

循环链表

双向链表

顺序表和链表的比较

1、空间性能的比较

2、时间性能的比较


 

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