线性表相关知识

news2024/11/25 4:24:31

1.简述

线性表，全名为线性存储结构。使用线性表存储数据的方式可以这样理解，即“把所有数据按照顺序（线性）的存储结构方式，存储在物理空间”。

按照空间分类：

顺序存储结构：数据依次存储在连续的物理空间中（顺序表）；
链式存储结构：数据分散存储在不连续物理空间中，通过某种指向关系，来维持它们之间的逻辑关系（链表）；

2.顺序表（数组）

在Java中，我们通常使用数组来定义顺序表，同时，数组也是最基本的数据结构。它由相同类型的元素组成，并且是使用一块连续的内存来存储。使用下标来访问数组中的元素，首元素的下标从0开始，最后一个元素的下标是数组长度-1。

2.1.优缺点

内存地址连续，数组元素进行遍历时，速度快。
根据下标，查找指定位置的元素时，速度快。

长度固定，使用前需要预估长度。
插入删除元素时，时间复杂度相对较高。

2.2.时间复杂度

数组的长度为 n。

访问特定位置的元素，时间复杂度为O(1)
插入元素的时间复杂度为O(n) ：插入元素时的最坏情况，新元素插入到数组的头部，需要移动n个元素。
删除元素的时间复杂度为O(n) ：删除元素时的最坏情况，删除数组的的头部元素，需要移动n-1个元素

3.链表

3.1.结构

由以下两部分组成：

1数据元素本身，其所在的区域称为数据域；
2指向直接后继元素的指针，所在的区域称为指针域；

在链表中，实际存储的是一个一个的节点，真正的数据元素包含在这些节点中，所以链表是一种在物理上非连续的数据结构，由若干个节点（Node）组成的一种线性存储结构。

3.2.优点

不需要提前预估长度，可以克服数组需要预先知道数据长度的缺点
使用不连续内存空间，充分利用计算机内存空间，实现灵活的内存动态管理

3.3.缺点

会占用更多的空间，因为每个节点中，除了存放数据，还有存放指向其他节点的指针
不能随机读取元素（RandomAccess）
遍历和查找元素的速度比较慢

3.4.时间复杂度

链表的插入和删除操作的复杂度为 O(1)，查找一个节点或者访问特定位置的节点的时候复杂度为 O(n)，最坏情况下需要遍历整个链表。

3.5.链表分类

单项链表

每一个节点Node中包含1个数据域和1个指针域。数据域是存放数据的变量data，指针域是指向下一个节点的指针next，所以单向链表只有一个方向。

//单向链表的节点

static class Node<E>{

        E data; // 数据域

        Node<E> next; // 后继节点(指针域)

        public Node(E data) {

                this.item = data;

        }

}

循环链表

双向链表

每个节点Node中包含2个指针域和1个数据域，指针域next指向后一个节点， prev 指向前一个节点，数据域item用于存储数据。

// 双向链表的节点

public static class Node<E> {

        E item; // 数据域

        Node<E> next; // 后继节点

        Node<E> prev; // 前驱节点

        // 构造方法

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {

                 this.prev = prev; // 参数1：前驱节点

                this.item = element; // 参数2：数据域

                this.next = next;// 参数3：后继节点

        }

}