数据结构 day4

news2024/12/23 16:22:46

目录

思维导图：

学习内容：

1. 链表的引入

1.1 顺序表的优缺点

1.1.1 优点

1.1.2 不足

1.1.3 缺点

1.2 链表的概念

1.2.1 链式存储的线性表叫做链表

1.2.2 链表的基础概念

1.3 链表的分类

2. 单向链表

2.1 节点结构体类型

2.2 创建链表 

2.3 申请节点封装数据 

2.4 链表判空 

2.5 头插 

2.6 链表遍历 

2.7 通过位置查找节点 

2.8 任意位置插入元素

2.9 头删 

 2.10 任意位置删除函数

2.11 按值查找返回位置 

2.12 按位置修改 

2.13 按值进行修改函数 

2.14 链表的反转 

2.15 链表的释放

课外作业：

思维导图：

学习内容：

1. 链表的引入

1.1 顺序表的优缺点

1.1.1 优点

        能够直接通过下标进行定位元素，访问效率高，对元素进行查找和修改比较快

1.1.2 不足

        插入和删除元素需要移动大量的元素，效率较低

1.1.3 缺点

        存储数据元素有上限，当达到MAX后，就不能再添加元素了

1.2 链表的概念

1.2.1 链式存储的线性表叫做链表

        链式存储：表示数据元素的存储地址不一定连续

        线性表：数据元素之间存在一对一的关系

1.2.2 链表的基础概念

        1、节点：节点是链表的基本单位，由数据域和指针域组成

        2、数据域：存放数据元素的部分

        3、指针域：存放下一个节点地址的部分

        4、前驱节点：当前节点的上一个节点

        5、后继节点：当前节点的下一个节点

        6、头节点：虚设的一个节点，数据域不存放数据元素，可以存放链表的长度

        7、头指针：指向第一个节点的指针称为头指针

        8、第一个节点：实际存储数据元素的链表上的第一个节点

        注意：头节点的指针域其实就是头指针，也可以单独定义一个指针，指向第一个节点

1.3 链表的分类

        1、单向链表：只能从头节点或第一个节点出发，单向访问其后继节点的链表称为单向链表

        2、双向链表：从头部出发，既可以访问前驱节点，也可以访问后继节点

        3、循环链表：首尾相接的链表称为循环链表

2. 单向链表

2.1 节点结构体类型

        1> 头节点和普通节点数据域可以合到一起，使用一格共用体表示

        2> 指针域都是指向普通节点的地址

//定义数据类型
typedef int datatype;

//定义结点类型
typedef struct Node
{
    union
    {
        int len;    //头结点数据域
        datatype data;  //普通结点数据域
    };

    struct Node *next;   //指针域
};

2.2 创建链表 

        1> 在堆区申请一格头节点的空间，就创建了一个链表

        2> 需要对头节点的数据域初始化链表长度，指针域初始化NULL

//创建链表
NodePtr list_create()
{
    //只需要在堆区申请一个头结点
    NodePtr L = (NodePtr)malloc(sizeof(Node));
    if(NULL == L)
    {
        printf("创建失败\n");
        return NULL;
    }

    //程序执行至此，说明头结点创建结束
    L->len = 0;    //表示链表长度为0
    L->next = NULL;      ///防止野指针

    printf("链表创建成功\n");
    return L;
}

2.3 申请节点封装数据 

        1> 需要将要封装的数据当做函数的参数进行传递

        2> 同样在堆区申请节点，就传入的数据放入数据域

//申请结点封装数据函数
NodePtr apply_node(datatype e)
{
    //在堆区申请一个结点的大小
    NodePtr p = (NodePtr)malloc(sizeof(Node));
    if(NULL == p)
    {
        printf("结点申请失败\n");
        return NULL;
    }

    //给结点内容赋值
    p->data = e;          //数据域赋值
    p->next = NULL;        //指针域

    return p;
}

2.4 链表判空 

        只需要判断头节点的指针域中是否为空即可

//链表判空
int list_empty(NodePtr L)
{
    return L->next == NULL;
}

2.5 头插 

        1> 表示将新插入的节点放入第一个节点中

        2> 插入数据时，不能先将前面节点与后面节点先断开。一定要从新节点出发，指向后面的节点，然后将前驱节点指向字节

//头插
int list_insert_head(NodePtr L, datatype e)
{
    //判断逻辑
    if(NULL==L)
    {
        printf("链表不合法\n");
        return -1;
    }

    //申请结点封装数据
    NodePtr p = apply_node(e);
    if(NULL==p)
    {
        return -1;
    }

    //头插逻辑
    p->next = L->next;
    L->next = p;
    
    
    //表的变化
    L->len ++;
    printf("头插成功\n");
    return 0;
}

2.6 链表遍历 

        需要使用一个遍历指针，将每一个节点进行遍历一遍，如果该指针指向的节点不为空，就访问其数据域，向后偏移

//链表遍历函数
int list_show(NodePtr L)
{
    //判断逻辑
    if(NULL==L || list_empty(L))
    {
        printf("遍历失败\n");
        return -1;
    }
    
    printf("链表中的元素分别是：");
    //遍历逻辑
    NodePtr q = L->next;   //定义遍历指针从第一个结点出发
    while(q != NULL)
    {
        //输出数据域
        printf("%d\t", q->data);

        q = q->next;    //指针向后偏移一个
    }
}

2.7 通过位置查找节点 

        1> 参数：链表、位置

        2> 返回值：对应节点的地址

//通过位置查找结点
NodePtr list_search_pos(NodePtr L, int pos)
{
    //判断逻辑
    if(NULL==L || list_empty(L) || pos<0 || pos>L->len)
    {
        printf("查找失败\n");
        return NULL;
    }

    //查找逻辑
    //定义遍历指针从头结点出发
    NodePtr q = L;
    for(int i=0; i<pos; i++)
    {
        q = q->next;
    }

    return q;     //将找到的结点地址返回
}

2.8 任意位置插入元素

        1> 参数：链表、位置、要插入的元素

        2> 返回值：int

        3> 注意：必须找到要插入位置的节点的前驱节点，将前驱节点当作头节点，进行头插操作

//任意位置插入
int list_insert_pos(NodePtr L, int pos, datatype e)
{
    //判断逻辑
    if(NULL==L || pos<1 || pos>L->len+1)
    {
        printf("插入失败\n");
        return -1;
    }
    
    //申请结点封装数据
    NodePtr p = apply_node(e);
    if(NULL==p)
    {
        return -1;
    }
    
    //调用函数查找前驱结点
    NodePtr q = list_search_pos(L, pos-1);
    
    //插入逻辑
    p->next = q->next;
    q->next = p;
    
    //表的变化
    L->len++;
    printf("插入成功\n");
    return 0;
}

2.9 头删 

        1> 参数：链表

        2> 返回值：int

        3> 注意：需要将要删除的节点先标记一下，头节点的指针，指向第二个节点后，将标记的节点释放

//链表头删
int list_delete_head(NodePtr L)
{
    //判断逻辑
    if(NULL==L || list_empty(L))
    {
        printf("删除失败\n");
        return -1;
    }
    
    //删除三部曲
    NodePtr p = L->next;    //标记
    L->next = p->next;  //L->next->next  孤立
    free(p);            //释放
    p = NULL;

    //表长变化
    L->len--;

    printf("头删成功\n");
    return 0;
}

 2.10 任意位置删除函数

        1> 参数：链表、要删除的位置

        2> 返回值:int

        3> 注意：需要找到要删除的节点的前驱节点，将其当作头节点，进行头删逻辑

//链表任意位置删除
int list_delete_pos(NodePtr L, int pos)
{
    //判断逻辑
    if(NULL==L || list_empty(L) || pos<1 || pos>L->len)
    {
        printf("删除失败\n");
        return -1;
    }
    
    //找到前驱结点
    NodePtr q = list_search_pos(L, pos-1);
    
    //删除逻辑
    NodePtr p = q->next;           //标记
    q->next = q->next->next;   //p->next 孤立
    free(p);                   //释放
    p = NULL;

    
    //表的变化
    L->len--;
    printf("删除成功\n");
    return 0;
}

2.11 按值查找返回位置 

        1> 参数：链表、要查找的值

        2> 返回值：元素在链表中的位置

//链表按值查找返回位置
int list_search_value(NodePtr L, datatype e)
{
    //判断逻辑
    if(NULL==L || list_empty(L))
    {
        printf("查找失败\n");
        return -1;
    }
    
    //查找逻辑
    //定义遍历指针从第一个结点出发
    NodePtr q = L->next;
    for(int index=1; index<=L->len; index++)
    {
        //判断当前结点的值是否为要找的数据
        if(q->data == e)
        {
            return index;
        }

        q = q->next;     //继续向后遍历
    }

    //程序执行至此，表示没找到
    printf("没找到\n");
    return -1;
}

2.12 按位置修改 

        1> 参数：链表、要修改的元素位置、要被更新的值

        2> 返回值：int

        3> 注意：先通过位置，找到对应的元素，更改该元素中的内容即可

//链表按位置进行修改
int list_update_pos(NodePtr L, int pos, datatype e)
{
    //判断逻辑
    if(NULL==L || list_empty(L) || pos<1 || pos>L->len)
    {
        printf("修改失败\n");
        return -1;
    }
    
    //按位置查找逻辑
    NodePtr p = list_search_pos(L, pos);
    
    //修改逻辑
    p->data = e;

    printf("修改成功\n");
    return 0;
}

2.13 按值进行修改函数 

        1> 参数：链表、旧值、新值

        2> 返回值：int

        3> 思路：先通过旧值找到位置，通过位置进行修改

//按值进行修改
int list_update_value(NodePtr L, datatype old_e, datatype new_e)
{
    //判断逻辑
    if(NULL==L || list_empty(L))
    {
        printf("修改失败\n");
        return -1;
    }
    
    //按值查找位置
    int res = list_search_value(L, old_e);
    if(res == -1)
    {
        printf("没有要修改的值\n");
        return -1;
    }
    
    //按位置修改
    list_update_pos(L, res, new_e);
    
    printf("修改成功\n");
    return 0;
}

2.14 链表的反转 

        1> 参数：链表

        2> 返回值：int

        3> 注意：在该操作中，没有节点被删除，也没有节点被释放

//将链表进行翻转
void list_reverse(NodePtr L)
{
    //判断逻辑
    if(NULL==L || L->len<=1)
    {
        printf("翻转失败\n");
        return ;
    }
    
    //翻转逻辑
    NodePtr H = L->next;   //将链表元素进行托付

    L->next = NULL;        //自己白手起家

    NodePtr p = NULL;         //结点的搬运工

    while(H != NULL)
    {
        p = H;      //搬运第一个结点
        H = H->next;     //头指针后移

        //将p以头插的方式放入L中
        p->next = L->next;
        L->next = p;
    }

    printf("翻转成功\n");
    
}

2.15 链表的释放

         1> 参数：链表

        2> 返回值：无

        3> 注意：需要先将所有的节点内存全部释放后，再将头节点释放

//释放链表
void list_destroy(NodePtr L)
{
    //判断逻辑
    if(NULL == L)
    {
        return;
    }

    //将所有结点进行释放
    while(!list_empty(L))
    {
        //头删
        list_delete_head(L);
    }

    //释放头结点
    free(L);
    L = NULL;

    printf("释放成功\n");
}

课外作业：

1.链表的排序

解析：

//排序
void list_sort(NodePtr L)
{
	if(NULL == L || list_empty(L))
	{
		printf("排序失败\n");
		return ;
	}for (int i = 0; i < L->len; i++)
	{
	NodePtr q=L->next;
	NodePtr q1 = q->next;
	while(q1 != NULL){
		if(q->data > q1->data)
		{
			datatype temp = q->data;
			q->data = q1->data;
			q1->data  =temp;
		}
		q=q->next;            //指针向后偏移一个
		q1= q1->next;
		}
	}
	printf("排序成功\n");
	list_print(L);
}

2.链表的反转（递归实现）

解析：

3. 链表去重

解析：

void list_rep(NodePtr L)
{
	if(NULL == L || L->len<=1)
	{
		printf("去重失败\n");
		return ;
	}
		NodePtr q = L;
		while(q->next != NULL){
			if(q->data == q->next->data)
			{
				NodePtr temp = q->next;
				q->next = temp->next;
				free(temp);
			}else{
				q=q->next;
			}
		}
		printf("去重成功\n");
		list_print(L);
}

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