跟我一起学算法：链表数据结构-灵析社区

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什么是链表？

链表是一种线性数据结构，看起来像节点链，其中每个节点都是不同的元素。与数组不同，链表元素不存储在连续的位置。

它基本上是节点链，每个节点包含数据和指向链中下一个节点的指针等信息。 链表中有一个头指针，它指向链表的第一个元素，如果链表为空，则它简单地指向 null 或不指向任何内容。

为什么需要链表数据结构？

下面列出了链表的一些优点，以及帮助理解在什么样的场景使用那种数据类型。

  • 动态数据结构： 可以在运行时根据操作插入或删除来分配或取消分配内存大小。
  • 易于插入/删除： 元素的插入和删除比数组简单，因为插入和删除后不需要移动元素，只需更新地址。
  • 高效的内存利用： 众所周知，链表是一种动态数据结构，其大小根据要求增加或减少，从而避免了内存的浪费。
  • 实现： 可以使用链表来实现各种高级数据结构，如堆栈、队列、图、哈希图等。

链表的类型

链表主要有以下三种类型：

1、 单链表

在单链表中，每个节点都包含对序列中下一个节点的引用。遍历单链表是向前完成的。

2、双链表

在双向链表中，每个节点都包含对下一个和前一个节点的引用。这允许向前和向后两个方向遍历，但需要额外的内存用于向后引用。

3、 循环链表

在循环链表中，最后一个节点指向头节点，形成循环结构。它可以是单链或双链。

链表操作

  1. 插入: 向链表添加新节点涉及调整现有节点的指针以保持正确的顺序。插入可以在列表的开头、结尾或任意位置执行
  2. 删除：从链表中删除节点需要调整相邻节点的指针以弥补删除节点留下的间隙。删除可以在列表的开头、结尾或任意位置执行。
  3. 搜索：在链表中搜索特定值涉及从头节点遍历链表，直到找到该值或到达链表末尾。

链表的优点

  • 动态大小： 链接列表可以动态增长或收缩，因为内存分配是在运行时完成的。
  • 插入和删除： 从链表中添加或删除元素是高效的，尤其是对于大型列表。
  • 灵活性： 链表可以轻松地重新组织和修改，而不需要连续的内存块。

链表的缺点

  • 随机访问： 与数组不同，链表不允许通过索引直接访问元素。需要遍历才能到达特定节点。
  • 额外内存： 与数组相比，链表需要额外的内存来存储指针。

单链表的表示：

  • Javascript 代码
 // Linked List Class
     var head; // head of list
     /* Node Class */
     class Node {
         // Constructor to create a new node
         constructor(d) {
             this.data = d;
             this.next = null;
         }
     }
  • golang 代码
 package main
 ​
 import "fmt"
 ​
 type Node struct {
   Data interface{}
   Next *Node
 }
 ​
 func main() {
   var node3 = &Node{
     Data: "this is three demo",
   }
   var node2 = &Node{
     Data: "this is two demo",
     Next: node3,
   }
   var node = &Node{
     Data: "this is one demo",
     Next: node2,
   }
 ​
   for {
     if node == nil {
       break
     }
     fmt.Println(node.Data)
     node = node.Next
   }
 }

双向链表

项目的遍历可以向前和向后进行，因为每个节点都包含一个指向前一个节点的附加prev指针。

循环链表

链表的应用

以下是链表的一些应用：

  • 线性数据结构（例如堆栈、队列）和非线性数据结构（例如哈希图和图）可以使用链表来实现。
  • 动态内存分配： 我们使用空闲块的链表。
  • 图的实现： 图的邻接列表表示是最流行的，因为它使用链表来存储相邻顶点。
  • 在网络浏览器和编辑器中，双向链表可用于构建向前和向后导航按钮。
  • 循环双向链表也可用于实现斐波那契堆等数据结构。

链表在现实世界中的应用：

  • 音乐播放器中的歌曲列表链接到上一首和下一首歌曲。
  • 在网络浏览器中，上一个和下一个网页 URL 通过上一个和下一个按钮链接。
  • 在图像查看器中，上一个和下一个图像借助上一个和下一个按钮链接。
  • 两个应用程序之间的切换是通过在windows中使用 “alt+tab ”和在mac book中使用“ cmd+tab ”进行的。它需要循环链表的功能。
  • 在手机中，我们保存人们的联系方式。新输入的联系方式将按照正确的字母顺序排列。
  • 这可以通过链接列表来实现，以将联系人设置在正确的字母顺序位置。
  • 我们在文档中所做的修改实际上是作为双向链表中的节点创建的。我们可以简单地通过按Ctrl+Z来使用撤消选项来修改内容。它是通过链表的功能来完成的。

有关链表的常见问题 (FAQ)：

1.什么是链表数据结构？

链接列表最常用于处理动态数据元素。链表由节点组成，一个节点由两个字段组成，一个用于存储数据，另一个用于保存下一个节点的引用。

2.什么是链表示例？

链表可以被假设为由花朵组成的花环。类似地，链表也是由节点组成的。这个特定花环中的每一朵花都被称为一个节点。此外，每个节点都指向该列表中的下一个节点，并且它包含数据（在本例中为花的类型）。

3.为什么需要链表数据结构？

与其他线性数据结构相比，使用链表有一些重要的优点。这与数组不同，因为它们可以在运行时调整大小。此外，它们可以轻松插入和删除。

4. 链表有什么用？

链表是一种在节点中存储数据的线性数据结构。这些节点保存数据和对列表中下一个节点的引用。由于结构简单，链接在添加和删除节点方面非常有效。

5.数组和链表有什么区别？

它们之间有以下一些区别：

  • 数组是包含相似数据元素的数据结构，而链表是包含无序链接元素的非原始数据结构。
  • 在数组中，元素有索引，但在链表中，节点没有索引。
  • 如果我们知道数组中元素的位置，则访问元素数组会很快，而在链表中则需要线性时间，因此链表要慢一些。
  • 数组中的插入和删除等操作需要花费大量时间。然而，这些操作在链接列表中的性能更快。
  • 数组的大小是固定的，它们的大小是静态的，但链表是动态的、灵活的，可以扩展和缩小它们的大小。

6. 为什么链表优于数组？

以下是链表优于数组的原因

  • 链接数组中的节点、插入和删除可以在列表中的任何点以恒定的时间完成。
  • 数组的大小是固定的，它们的大小是静态的，但链表是动态的、灵活的，可以扩展和缩小它们的大小。
  • 链表提供了一种存储相关数据和执行基本操作（例如插入、删除和更新信息）的有效方法，但代价是存储地址所需的额外空间。
  • 与数组相比，链表中的插入和删除操作更快。

7. 单链表和双向链表有什么区别？

以下是单链表和双链表之间的一些区别。

单链表 (SLL)双向链表 (DLL)
SLL节点包含2个字段数据字段和下一个链接字段。DLL节点包含3个字段数据字段、前一个链接字段和下一个链接字段。
在SLL中，只能使用下一个节点链接来完成遍历。因此，只能在一个方向上进行遍历。在DLL中，可以使用前一个节点链接或后一个节点链接来完成遍历。因此，可以在两个方向（向前和向后）进行遍历。
SLL 比 DLL 占用更少的内存，因为它只有 2 个字段。DLL 比 SLL 占用更多内存，因为它有 3 个字段。
在给定位置插入和删除的复杂度是 O(n)。给定位置插入和删除的复杂度为 O(n / 2) = O(n)，因为可以从头开始遍历，也可以从尾部开始遍历。
给定节点的删除复杂度为 O(n)，因为需要知道前一个节点，而遍历需要 O(n)删除给定节点的复杂度为 O(1)，因为可以轻松访问前一个节点
与双链表相比，单链表消耗更少的内存。与单链表相比，双链表消耗更多内存。

8. 数组和链表哪个最好？

在存储类似类型的线性数据时，数组和链表都有一些优点和缺点。

链表相对于数组的优点：

  • 动态大小： 链表是动态的、灵活的，可以扩大和缩小其大小
  • 易于插入/删除： 与数组相比，链表中的插入和删除操作更快

链表相对于数组的缺点：

  • 如果数组已排序，我们可以应用二分搜索来搜索任何元素，这需要O(log(n)) 时间。但即使链表已排序，我们也无法应用二分搜索，并且在链表中搜索元素的复杂度为O(n) 。
  • 与数组相比，链表占用更多内存，因为链表中每个元素的指针都需要额外的内存空间。

9. 链表有哪些限制？

以下是链表的一些限制：

  • 指针在链表中的使用更多，因此比较复杂并且需要更多内存。
  • 由于动态内存分配，随机访问是不可能的。
  • 遍历比较耗时，并且单链表中无法进行反向遍历。
  • 搜索元素的成本很高，并且需要O(n) 时间复杂度。

10. 为什么链表的插入/删除速度更快？

如果从数组中插入/删除任何元素，则该元素之后的所有其他元素都将在内存中移位，这需要大量时间，而链表中的操作速度更快，因为我们只需要操作节点的地址，因此不需要移位需要内存，而且不会花那么多时间。

结论

与数组相比，链表有很多优点，尽管它们解决了与数组类似的问题，但我们也讨论了优点、缺点及其应用，我们得出的结论是，如果满足以下条件，则可以使用链表：我们需要动态的存储大小，列表适合快速添加和删除项目，或者适合需要顺序但不适合在大量数据集合中查询或搜索元素的任务。

因此，重要的是我们应该始终牢记数据结构的积极和消极方面以及它们与您要解决的问题的关系。

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