线性表
目录
- 线性表
- 定义和基本操作
- 顺序表
- 静态顺序表
- 动态顺序表
- 链表
- 单链表
- 不带头结点:
- 带头结点:
- 双链表
- 循环链表
- 循环单链表:
- 循环双链表:
- 静态链表
- 顺序表链表比较
- 逻辑结构:
- 存储结构:
- 基本操作:
定义和基本操作
线性表的定义:线性表时具有相同数据类型的n(n>=0)个数据元素的有限序列,其中n为表长,当n=0时线性表是一个空表。
L=(a1,a2,a3…,an) a1为表头元素,an为表尾元素,除第一个元素外,每个元素有且仅有一个直接前驱,除最后一个元素,每个元素有且仅有一个直接后继。
特点:
- 元素个数有限
- 元素具有逻辑上的顺序性,表中元素有其先后次序
- 元素都是数据元素,每个元素都是单个元素
- 元素数据类型相同,占有相同大小的存储空间
- 元素具有抽象性
线性表是一种逻辑结构,表示元素之间一对一的相邻关系,顺序表和链表是指存储结构。
线性表基本操作:
总结:
顺序表
线性表的顺序存储称为顺序表,使用一组地址连续的存储单元依次存储线性表中的数据元素,从而使得逻辑上相邻的两个元素在物理位置上也相邻。i为ai在线性表中的位序,元素的逻辑顺序与其物理顺序相同。
线性表的顺序存储结构是一种随机存储的存储结构。
顺序表的特点:
- 随机访问,可以在O(1)时间内找到第i个元素 data[i-1]
- 存储密度高,每个结点智存初数据元素
- 拓展容量不方便(即使采用动态分配,拓展长度时间复杂度仍较高)
- 插入、删除操作不方便,需要移动大量元素
静态顺序表
一维数组可以静态分配也可以动态分配,静态分配时,数组大小和空间事先固定,不可变。而动态顺序表则不需要为线性表一次性划分所有空间。
结构体:
#define MaxSize 50
typedef struct {
int data[MaxSize];
int length;
} SqList;
初始化:
//初始化
void InitList(SqList& L) {
for (int i = 0; i < MaxSize; i++) {
L.data[i] = 0;//将所有元素的初始值默认设置为0
//这一步其实可以省略,但是省略之后,有可能受到内存中"脏数据"的影响
}
L.length = 0;
}
判空:
//判断是否为空
bool Empty(SqList L) {
return (L.length == 0);
}
插入:
//插入
bool ListInsert(SqList& L, int i, int e) {
//判断插入的位置是否合法,
if (i < 1 || i > L.length + 1)
return false;
//判断表是否存满了
if (L.length >= MaxSize)
return false;
//后面的元素后移
for (int j = L.length; j >= i; j--) {
L.data[j] = L.data[j - 1];
}
L.data[i - 1] = e;
L.length++;
return true;
}
删除:
//删除
bool ListDelete(SqList& L, int i, int& e) {
//判断i的位置是否合法
if (i < 0 || i > L.length) {
return false;
}
//取出将要被删除的数
e = L.data[i - 1];
//将其后的数据前移
for (int j = i; j <= L.length; j++) {
L.data[j - 1] = L.data[j];
}
//线性表长度减一
L.length--;
return true;
}
查找:
//查找
//按位查找
int GetElem(SqList L, int i) {
//判断是否越界
if (i < 0 || i > L.length)
return -1;
return L.data[i - 1];
}
//按值查找
int LocateElem(SqList L, int e) {
//循环出查找
for (int i = 0; i < L.length; i++) {
if (L.data[i] == e)
return i + 1; //返回位序
}
return -1;
}
改值:
//先查找后改值
//由此分为两种方式,先按位查找后改值;或先按值查找后改值
//先按值查找后改值
bool LocateChangeElem(SqList& L, int e, int em) {
//按值查找得到位序
int bitOrder = LocateElem(L, e);
//改值
if (bitOrder != -1) {
L.data[bitOrder] = em;
return true;
}
else {
return false;
}
}
//先按位序查找后改值
bool getChangeElem(SqList& L, int i, int em) {
//给的位序,首先判断i是否合法
if (i < 0 || i >= L.length)return false;
//由于是用数组实现的方式,可以直接利用i查找
L.data[i] = em;
return true;
}
打印:
//打印整个顺序表
void PrintSqList(SqList L) {
//循环打印
printf("开始打印顺序表\n");
for (int i = 0; i < L.length; i++) {
printf("Data[%d]==%d\n", i, L.data[i]);
}
printf("打印结束!\n");
}
动态顺序表
一旦数据空间占满,就另外开辟一块更大的存储空间,用以替换原来的存储空间,从而达到扩充存储空间的目的。
结构体:
#define InitSize 100
typedef struct {
int* data; //指示动态分配数组的指针
int MaxSize;//顺序表的最大容量
int length;//顺序表当前的长度
} SeqList;
初始化:
//初始化
bool InitList(SeqList& L) {
//用 malloc 函数申请一片连续的存储空间
L.data = (int*)malloc(InitSize * sizeof(int));
if (L.data == NULL)
return false;
//(int *) 是指针的强制类型转换
L.length = 0;
L.MaxSize = InitSize;
return true;
}
判空:
//判空
bool Empty(SeqList L) {
return (L.length == 0);
}
判满:
//判满
bool Full(SeqList L) {
return (L.length >= L.MaxSize);
}
扩展空间:
//扩展空间
void IncreaseSize(SeqList& L, int len) {
int* p = L.data;
L.data = (int*)malloc((InitSize + len) * sizeof(int));
for (int i = 0; i < L.length; i++) {
L.data[i] = p[i];
}
L.MaxSize = L.MaxSize + len;
free(p);
//malloc 函数用于申请内存空间;free 函数用于释放内存空间;
}
插入:
//插入
bool ListInsert(SeqList& L, int i, int e) {
//判断插入的位置是否合法,
if (i < 1 || i > L.length + 1)
return false;
//判断表是否存满了
// if (L.length>=L.MaxSize)
// return fals;
if (Full(L))
return false;
//后面的元素后移
for (int j = L.length; j >= i; j--) {
L.data[j] = L.data[j - 1];
}
L.data[i - 1] = e;
L.length++;
return true;
}
按位查找:
//按位查找
int GetElem(SeqList L, int i) {
//判断是否越界
if (i < 0 || i > L.length)
return -1;
return L.data[i - 1];
}
按值查找:
//按值查找
int LocateElem(SeqList L, int e) {
//循环出查找
for (int i = 0; i < L.length; i++) {
if (L.data[i] == e)
return i + 1; //返回位序
}
return -1;
}
删除:
//删除
bool ListDelete(SeqList& L, int i, int& e) {
//判断i的位置是否合法
if (i < 0 || i > L.length) {
return false;
}
//取出将要被删除的数
e = L.data[i - 1];
//将其后的数据前移
for (int j = i; j <= L.length; j++) {
L.data[j - 1] = L.data[j];
}
//线性表长度减一
L.length--;
return true;
}
销毁:
//销毁
//由于动态分配方式使用malloc申请的内存空间,故需要使用free函数手动释放空间!
void DestroySqList(SeqList& L) {
free(L.data);
L.data = NULL;
L.length = 0;
}
打印:
//打印整个顺序表
void PrintSqList(SeqList L) {
if (L.data == NULL || L.length == 0)
printf("这是一个空表!");
else {
//循环打印
printf("开始打印顺序表\n");
for (int i = 0; i < L.length; i++) {
printf("Data[%d]==%d\n", i, L.data[i]);
}
printf("打印结束!\n");
}
}
总结:
链表
单链表
线性表的链式存储称为单链表,它指通过一组任意的存储单元来存储线性表中的数据元素。每个链表结点存放元素自身的信息外,还需要存放一个指向其后继的指针。
结构体:
//结构体
typedef struct LNode {
int data;
struct LNode* next;
} LNode, * LinkList;
//等价于
//struct LNode{
// int data;
// struct LNode *next;
//};
//
//typedef struct LNode LNode;
//typedef struct LNode *LinkList;
LinkList强调为单链表 LNode*强调为结点,两者等价
不带头结点:
初始化:
//初始化
bool InitList(LinkList& L) {
L = NULL;//空表暂时没有任何数据
return true;
}
判空:
//判断是否为空
bool Empty(LinkList L) {
return (L == NULL);
}
//等价于
//bool Empty1(LinkList L){
// if (L==NULL)
// return true;
// else
// return false;
//}
插入:
//在指定位置插入元素
bool ListInsert(LinkList& L, int i, int e) {
if (i < 1)return false;//判断位序i是否合法
//不带头节点时,插入位置正好为表头时,得单独处理
if (i = 1) {
LNode* s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));
s->data = e;
s->next = L;
L = s;
return true;
}
LNode* p;//指针指向当前扫面到的节点
int j = 0;//记录p指向的节点的位序
p = L;//L指向头节点,从头开始
while (p != NULL && j < i - 1) {
//循环扫描
p = p->next;
j++;
}
if (p == NULL) //i值超过来表长,不合法
return false;
LNode* s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));
s->data = e;
//下面的顺序不可交换
s->next = p->next;
p->next = s;
return true;
}
带头结点:
初始化:
//初试化(带有头节点)
bool InitList(LinkList& L) {
L = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));//分配一个头节点
if (L == NULL)
return false;//头节点分配失败,可能是内存不足
L->next = NULL;//头节点之后暂时没有节点,头节点也不存放数据
return true;
}
判空:
//判空
bool Empty(LinkList L) {
return (L->next == NULL);
}
打印链表:
void PrintList(LinkList L) {
//循环打印整个链表
LNode* p = L->next;//扫描指针
int j = 0;
if (p == NULL)printf("这是一个空表\n");
while (p != NULL) {
printf("LinkList[%d]=%d\n", j, p->data);
p = p->next;
j++;
}
}
按位插入:
//按位插入
bool ListInsert(LinkList& L, int i, int e) {
if (i < 1)return false;//判断位序i是否合法
LNode* p;//指针指向当前扫面到的节点
int j = 0;//记录p指向的节点的位序
p = L;//L指向头节点,从头开始
while (p != NULL && j < i - 1) {
//循环扫描
p = p->next;
j++;
}
if (p == NULL) //i值超过来表长,不合法
return false;
LNode* s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));
s->data = e;
//下面的顺序不可交换
s->next = p->next;
p->next = s; //将结点s连到p之后
return true;
}
后插操作:(包含于之前的插入操作之中)
//指定节点的后插操作
bool InsertNextNode(LNode* p, int e) {
if (p == NULL)
return false;//判断指定节点是否存在
LNode* s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));
if (s == NULL)return false;//分配内存失败
s->data = e;
s->next = p->next;
p->next = s;
return true;
}
前插操作:由于难以获得前一个链表元素信息,所以先完成后插,再交换两者数据实现前插
//指定节点的前插操作
//先完成后插,再交换数据以实现前插
bool InsertPriorNode(LNode* p, int e) {
if (p == NULL)return false;
LNode* s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));
if (s == NULL)return false;
s->next = p->next;
p->next = s;
s->data = p->data;
p->data = e;
return true;
}
按指定位序删除并返回值:
//按指定位序删除节点并返回其值
bool ListDelete(LinkList& L, int i, int& e) {
if (i < 1)return false;
LNode* p;
int j = 0;
p = L;
while (p != NULL && j < i - 1) {
p = p->next;
j++;
}
LNode* q = p->next;
e = q->data;
p->next = q->next;
free(q);
return true;
}
删除指定节点:若p为最后一个元素,则存在问题,只能通过从头结点开始顺序找到其前序节点的方法来进行删除。
//删除指定节点
bool DeleteNode(LNode* p) {
if (p == NULL)
{
return false;
}
LNode* q = p->next;//令q指向*p的后续结点
p->data = p->next->data;//和后续结点交换数据域
p->next = q->next;//将*q结点从链中“断开”
free(q);//释放后续结点的存储空间
return true;
}
按值查找:
//按值查找
LNode* LocateElem(LinkList L, int e)
{
LNode* p = L->next;//从第1个结点开始查找数据域为e的结点
while (p != NULL && p->data != e)
{
p = p->next;
}
return p;//找到后返回该结点指针,否则返回NULL;
}
按位查找:
//按位查找
LNode* GetElem(LinkList L, int i)
{
if (i < 0)
{
return NULL;
}
LNode* p;//指针p指向当前扫描到的结点
int j = 0;//当前p指向的是第几个结点
p = L;//L指向头结点,头结点是第0个结点(不存数据)
while (p != NULL && j < i)
{
p = p->next;
j++;
}
return p;
}
求表长:
//求表长
int Lnegth(LinkList L)
{
int len = 0;//统计表长
LNode* p = L;
while (p->next != NULL)
{
p = p->next;
len++;
}
return len;
}
尾插法建表:设置一个表尾指针,方便直接在队尾进行尾插操作
//尾插法建立单链表(正向建立单链表)
LinkList List_TailInsert(LinkList& L)
{
int x;
L = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));//建立头结点
LNode* s, * r = L;//r为表尾指针,方便尾插
scanf("%d", &x);//输入结点的值
while (x != 9999)//输入9999表示结束
{
s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));
s->data = x;
r->next = s;
r = s;//r指向新的表尾结点,永远保持r指向最后一个结点,避免重复操作
scanf("%d", &x);
}
r->next = NULL;
return L;
}
头插法建立单链表(不断对头结点进行尾插操作)
//头插法建立单链表(不断对头结点进行尾插操作)
LinkList List_HeadInsert(LinkList& L)//逆向建立单链表
{
LNode* s;
int x;
L = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));//创建头结点
L->next = NULL;//初始为空链表
scanf("%d", &x);//输入结点的值
while (x != 9999)//输入9999表示结束
{
s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));//创建新结点
s->data = x;
s->next = L->next;
L->next = s;//将新结点插入表中,L为头指针
scanf("%d", &x);
}
return L;
}
双链表
在单链表的基础上加入prior前驱指针,使得插入、删除操作的时间复杂度变为O(1)(可以很方便地找到前驱)
结构体:
typedef struct DNode {
int data;//数据域
struct DNode* prior, * next;//前指针和后指针
} DNode, * DLinkList;
初始化:
//初始化
bool InitDLinkList(DLinkList& L) {
L = (DNode*)malloc(sizeof(DNode));//分配一个头节点
if (L == NULL)
return false;
L->prior == NULL;//头节点前后指针都指向空
L->next == NULL;
return true;
}
判空:
//判空
bool Empty(DLinkList L) {
return (L->next == NULL);
}
后插:
//指定节点的后插操作
bool InsertNextElem(DNode* p, DNode* s) {
s->next = p->next;
if (p->next != NULL)
{
p->next->prior = s;//防止出现p后面没有后继结点的情况
}
s->prior = p;
p->next = s;
}
删除p后继结点:
//删除P节点的后继节点
bool DeleteNextNode(DNode* p) {
if (p == NULL)return false;//p节点为空
DNode* q = p->next;
if (q == NULL)return false;//P节点没有后继
p->next = q->next;
if (q->next != NULL)//q不是最后一个节点
q->next->prior = p;
free(q);//手动释放内存空间
return true;
}
销毁整个表:
//销毁整个表
bool DestroyList(DLinkList& L) {
//循环删除并释放每个节点
while (L->next != NULL)
DeleteNextNode(L);
free(L);//释放头节点
L = NULL;//头指针指向NULL
}
循环链表
循环链表的最后一个指针不是NULL而是改为指向头结点。
循环单链表:
结构体:
typedef struct LNode {
int data;
struct LNode* next;
}LNode, * LinkList;
初始化:
//初始化一个循环单链表
bool InitRLinkList(LinkList& L) {
L = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));//分配一个头节点
if (L == NULL)
return false;//内存不足,分配失败;
L->next = L;//头节点nex指向头节点,以此形成循环链表
return true;
}
判空:
bool Empty(LinkList L)
{
if (L->next == L)
return true;
else
return false;
}
判尾:
//判断P是不是表尾指针
bool IsTail(LinkList L, LNode* p) {
return (p->next == L);
}
循环双链表:
结构体:
typedef struct DNode {
int data;
struct DNode* prior, * next;
}DNode, * DLinkList;
初始化:
//初始化
bool InitRDLinkList(DLinkList& L) {
L = (DNode*)malloc(sizeof(DNode));//分配头节点
if (L == NULL)return false;
L->prior = L;
L->next = L;//循环抱住自己
return true;
}
判尾:
//判断节点p是不是循环双链表的表尾节点
bool iTail(DLinkList L, DNode* p) {
return (p->next == L);
}
插入:
//在p节点之后插入s节点
bool InsertNextDNode(DNode* p, DNode* s) {
s->next = p->next;
p->next->prior = s;
s->prior = p;
p->next = s;
return true;
}
删除:
//删除操作
bool DeleteNextDNode(DLinkList& L, DNode* p) {
DNode* q = p->next;
p->next = q->next;
q->next->prior = p;
free(q);
return true;
}
静态链表
静态链表借助数组来描述线性表的线性存储结构,这里的指针next记录的是结点的相对地址(数组下标),又称游标,和顺序表一样,静态链表也要预先分配一块连续的内存空间。
静态链表以next==-1作为结束标志,插入、删除操作与动态链表的相同,只需要修改指针,而不需要移动元素。
结构体:
//第一种定义方法
struct Node0 {
int data;//存储数据元素
int next;//下一个元素的数组下标
};
typedef struct Node SLinkList[MaxSize];
//第二种定义方法
typedef struct Node {
int data;
int next;
}SLinkList[MaxSize];
优点:增删操作不需要大量移动元素
缺点:不能随机存取,只能从头结点开始一次往后查找:容量固定不可变
顺序表链表比较
逻辑结构:
都属于线性表,都是线性结构。
采用顺序存储时,逻辑上相邻的元素,物理存储位置也相邻,采用链式存储时,逻辑上相邻的元素,物理存储位置不一定相邻,逻辑关系通过指针链接表示。
存储结构:
基本操作:
总结:
主要参考:王道考研课程
后续会持续更新考研408部分的学习笔记,欢迎关注。
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