算法与数据结构-数组

news2024/11/23 3:32:23

文章目录

  • 什么是数组
    • 线性表
    • 连续的内存空间和相同类型的数据
  • 为什么数组的插入和删除是低效的
    • 插入
    • 删除
  • 容器与数组的区别


什么是数组

  数组(Array)是一种线性表数据结构。它用一组连续的内存空间,来存储一组具有相同类型的数据。

  这个定义里有几个关键词,理解了这几个关键词,我想你就能彻底掌握数组的概念了。

线性表

  顾名思义,线性表就是数据排成像一条线一样的结构。每个线性表上的数据最多只有前和后两个方向。其实除了数组,链表、队列、栈等也是线性表结构。
在这里插入图片描述

  而与它相对立的概念是非线性表,比如二叉树、堆、图等。之所以叫非线性,是因为,在非线性表中,数据之间并不是简单的前后关系。
在这里插入图片描述

连续的内存空间和相同类型的数据

  我们拿一个长度为 10 的 int 类型的数组 int[] a = new int[10]来举例。在我画的这个图中,计算机给数组 a[10],分配了一块连续内存空间 1000~1039,其中,内存块的首地址为 base_address = 1000。
在这里插入图片描述
  我们知道,计算机会给每个内存单元分配一个地址,计算机通过地址来访问内存中的数据。当计算机需要随机访问数组中的某个元素时,它会首先通过下面的寻址公式,计算出该元素存储的内存地址:

a[i]_address = base_address + i * data_type_size

  其中 data_type_size 表示数组中每个元素的大小。我们举的这个例子里,数组中存储的是 int 类型数据,所以 data_type_size 就为 4 个字节。这个公式非常简单,我就不多做解释了。

为什么数组的插入和删除是低效的

插入

  假设数组的长度为 n,现在,如果我们需要将一个数据插入到数组中的第 k 个位置。为了把第 k 个位置腾出来,给新来的数据,我们需要将第 k~n 这部分的元素都顺序地往后挪一位。那插入操作的时间复杂度是多少呢?你可以自己先试着分析一下。

  如果在数组的末尾插入元素,那就不需要移动数据了,这时的时间复杂度为 O(1)。但如果在数组的开头插入元素,那所有的数据都需要依次往后移动一位,所以最坏时间复杂度是 O(n)。 因为我们在每个位置插入元素的概率是一样的,所以平均情况时间复杂度为 (1+2+…n)/n=O(n)。

  如果数组中的数据是有序的,我们在某个位置插入一个新的元素时,就必须按照刚才的方法搬移 k 之后的数据。但是,如果数组中存储的数据并没有任何规律,数组只是被当作一个存储数据的集合。在这种情况下,如果要将某个数据插入到第 k 个位置,为了避免大规模的数据搬移,我们还有一个简单的办法就是,直接将第 k 位的数据搬移到数组元素的最后,把新的元素直接放入第 k 个位置。

  为了更好地理解,我们举一个例子。假设数组 a[10]中存储了如下 5 个元素:a,b,c,d,e。我们现在需要将元素 x 插入到第 3 个位置。我们只需要将 c 放入到 a[5],将 a[2]赋值为 x 即可。最后,数组中的元素如下: a,b,x,d,e,c。
在这里插入图片描述
  利用这种处理技巧,在特定场景下,在第 k 个位置插入一个元素的时间复杂度就会降为 O(1)。

删除

  跟插入数据类似,如果我们要删除第 k 个位置的数据,为了内存的连续性,也需要搬移数据,不然中间就会出现空洞,内存就不连续了。

  和插入类似,如果删除数组末尾的数据,则最好情况时间复杂度为 O(1);如果删除开头的数据,则最坏情况时间复杂度为 O(n);平均情况时间复杂度也为 O(n)。

  实际上,在某些特殊场景下,我们并不一定非得追求数组中数据的连续性。如果我们将多次删除操作集中在一起执行,删除的效率是不是会提高很多呢?

  我们继续来看例子。数组 a[10]中存储了 8 个元素:a,b,c,d,e,f,g,h。现在,我们要依次删除 a,b,c 三个元素。
在这里插入图片描述

  为了避免 d,e,f,g,h 这几个数据会被搬移三次,我们可以先记录下已经删除的数据。每次的删除操作并不是真正地搬移数据,只是记录数据已经被删除。当数组没有更多空间存储数据时,我们再触发执行一次真正的删除操作,这样就大大减少了删除操作导致的数据搬移。

容器与数组的区别

  针对数组类型,很多语言都提供了容器类,比如 Java 中的 ArrayList、C++ STL 中的 vector。在项目开发中,什么时候适合用数组,什么时候适合用容器呢?

  这里我拿 Java 语言来举例。如果你是 Java 工程师,几乎天天都在用 ArrayList,对它应该非常熟悉。那它与数组相比,到底有哪些优势呢?

  我个人觉得,ArrayList 最大的优势就是可以将很多数组操作的细节封装起来。比如前面提到的数组插入、删除数据时需要搬移其他数据等。另外,它还有一个优势,就是支持动态扩容。

  数组本身在定义的时候需要预先指定大小,因为需要分配连续的内存空间。如果我们申请了大小为 10 的数组,当第 11 个数据需要存储到数组中时,我们就需要重新分配一块更大的空间,将原来的数据复制过去,然后再将新的数据插入。

  如果使用 ArrayList,我们就完全不需要关心底层的扩容逻辑,ArrayList 已经帮我们实现好了。每次存储空间不够的时候,它都会将空间自动扩容为 1.5 倍大小。

  不过,这里需要注意一点,因为扩容操作涉及内存申请和数据搬移,是比较耗时的。所以,如果事先能确定需要存储的数据大小,最好在创建 ArrayList 的时候事先指定数据大小。

  作为高级语言编程者,是不是数组就无用武之地了呢?当然不是,有些时候,用数组会更合适些,我总结了几点自己的经验。

  • Java ArrayList 无法存储基本类型,比如 int、long,需要封装为 Integer、Long 类,而 Autoboxing、Unboxing 则有一定的性能消耗,所以如果特别关注性能,或者希望使用基本类型,就可以选用数组。
  • 如果数据大小事先已知,并且对数据的操作非常简单,用不到 ArrayList 提供的大部分方法,也可以直接使用数组。
  • 还有一个是我个人的喜好,当要表示多维数组时,用数组往往会更加直观。比如 Object[][] array;而用容器的话则需要这样定义:ArrayList > array。

  对于业务开发,直接使用容器就足够了,省时省力。毕竟损耗一丢丢性能,完全不会影响到系统整体的性能。但如果你是做一些非常底层的开发,比如开发网络框架,性能的优化需要做到极致,这个时候数组就会优于容器,成为首选。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/624011.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

Pytest自动化测试框架生成allure的报告

一、前言 最近通过群友了解到了allure这个报告,开始还不以为然,但还是逃不过真香定律。 经过试用之后,发现这个报告真的很好,很适合自动化测试结果的展示。下面说说我的探索历程吧。 选用的项目为Selenium自动化测试Pytest框架实…

IntelliJ IDEA彻底删除

我们在用idea的时候,idea的环境出现了莫名其妙的问题,怎么也找不到问题原因的时候可以试着把idea卸载重新安装。但是如果你卸载的时候没有删除干净注册表里的信息。就算再次安装回来也还是解决不了问题。 如何删除干净IDEA 将所有jetbrains软件关闭退出…

嵌入式软件工程师招聘

当您招聘嵌入式软件工程师时,以下是一些建议和关键要点,可以帮助您吸引和筛选合适的候选人: 职位描述:清晰地定义嵌入式软件工程师的职责和要求。包括对硬件和软件开发经验的要求、熟练掌握的编程语言(如C、C、Python等…

一文学会MoveIt Setup Assistant搭建moveit2机械臂模型

文章目录 前言一、MoveIt Setup Assistant 是什么?二、搭建步骤拉取相关repo创建项目文档编辑moveit_description文件夹编辑moveit_config文件夹 MoveIt Setup Assistant 配置Launch moveit_setup_assistant配置干涉关系配置planning groups配置ros2 controller配置…

一个 TCP 连接可以发送多少个 HTTP 请求

第一个问题 第二个问题 第三个问题 第四个问题 第五个问题 曾经有这么一道面试题:从 URL 在浏览器被被输入到页面展现的过程中发生了什么? 相信大多数准备过的同学都能回答出来,但是如果继续问:收到的 HTML 如果包含几十个图…

优质高效!阿里内部超高质量的k8s+Jenkins笔记,技术与实战齐飞

什么是k8s? Kubernetes是一个用于容器集群的自动化部署、扩容以及运维的开源平台。 k8s孕育的初衷是培育出一个组件及工具的生态,帮助大家减轻在公有云及私有云上运行应用的负担,换言之,使得大型分布式应用的构建和运维变得更加简单&#…

⛳前端进阶:SEO 全方位解决方案

🌻 前言 SEO 代表搜寻引擎最佳化/搜寻引擎优化(英文全名Search Engine Optimization,简称SEO),是指通过了解搜寻引擎的自然排名的算法逻辑,以提高目标网站在有关搜寻引擎内排名的方式。 网站的 SEO 至关重要,它可以让…

基于springboot的大学外卖系统源码数据库

源码资源在这里 https://download.csdn.net/download/2301_76965813/87881744 1 系统分析 1.1 需求分析 该系统的开发,主要是用在了各个订餐网站的系统,用户可以通过网站进行外卖订餐的信息挂了,并能够对客户进行外卖菜品的订单提交等。该…

X509证书解析详解

上传的证书文件,如何判断这个证书是否满足X509标准格式的呢? 下面是我阅读jdk源码,总结出的解析步骤。 jdk版本:jdk11 方法的入口 这是整个方法的起点,下面的步骤是根据这里方法调用跟踪到的,需要注意的是…

100种思维模型之细节效率思维模型-74

提及细节效率?也许很多人会有疑问,“效率”怎么跟“细节”挂上钩,注重“细节”了,还能有“高率”? 是的,细节能提高效率,注意某些细节,效率事半功倍。 01、何谓细节效率思维模型 一…

truncate导致慢查询根因竟然是“多此一举”

基本信息: 线上一个库5.7.25库经常出现大量慢查询,在再次出现时登陆数据库进行分析,通过show engine innodb status 内容,发线程全部在等一个锁,这个锁极可能来源于这个truncate table动作: ---TRANSACTIO…

【Flutter】widgets (5) Flutter 理解 Flutter 的 Stateful Widget 有状态组件

文章目录 一、前言二、Stateful Widget三、StatefulWidget和State类的关系四、创建StatefulWidget五、完整代码示例六、总结一、前言 在之前的教程中,我们掌握了Stateless Widgets,也就是无状态组件的基本用法。 但是,应用程序不是静态不变的,我们需要界面中用户的操作,…

OCP浸没式液冷基本规范(概述和信号完整性部分)

液冷技术概述和浸没式液体标准化的需求 数据中心行业主要考虑两种类型的液体冷却技术来推动节能和可持续发展,分别是冷板式和浸没式,每一种技术里的液体又包含单相和双相两种规格: 冷板技术与浸没技术的主要区别之一是,在浸没的情…

操作系统原理 —— 什么是基本分页存储管理?(二十二)

在操作系统中,一个新的进程需要载入内存当中执行,在装入的时候需要给该进程分配一定的运行内存,在之前的章节中讲解了连续分配的几种方式,比如:单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配,还讲解了对应的动…

MySQL表相关操作

一、存储引擎介绍 存储引擎即表类型,mysql根据不同的表类型会有不同的处理机制 1、什么是存储引擎 mysql中建立的库 > 文件夹 库中建立的表 > 文件 现实生活中我们用来存储数据的文件有不同的类型,每种文件类型对应各自不同的处理机制&#x…

基于LPP算法实现MNIST数据集降维

目录 1、作者介绍2、LPP算法简介2.1 基本概念及原理2.2 算法流程 3、LPP算法实现3.1 数据集简介3.2 代码实现3.2.1 完整代码3.2.2 运行结果 4、参考链接 1、作者介绍 刘晨雨,男,西安工程大学电子信息学院,2022级研究生 研究方向:…

低代码开发重要工具:jvs-rules 规则引擎功能介绍(四)

一、策略管理 JVS-Rules采用业务与技术分离的思路,业务人员可以配置和业务相关的内容,可以不考虑底层变量的配置,只需要配置对业务的描述,具体实现的变量绑定可以由技术人员参与,这里就体现了技术与业务规则可以解耦。…

值得收藏的20张小学语文思维导图

思维导图不仅在我们的工作生活中起到越来越重要的作用,也在悄无声息中进入到了我们小学生的课堂。 有需要的家长赶快帮自家的宝贝收藏起来吧! 小学语文_ProcessOn思维导图流程图https://link.zhihu.com/?targethttps%3A//www.processon.com/template/s…

leetcode 二分查找小结

文章目录 题目34. 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置240. 搜索二维矩阵378. 有序矩阵中第 K 小的元素287. 寻找重复数33. 搜索旋转排序数组 总结 题目 34. 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置 原始思路: class Solution:def searchRange(self,…

Python实现的端午节吃棕子除五毒体感小游戏源码,利用Paddlehub制作的端午体感小游戏,根据摄像头识别的人脸进行控制

利用Paddlehub制作端午体感小游戏 前言 马上要端午节,所以干脆再重写一些逻辑,做个端午节定制小游戏吧. 端午特色 游戏的贴图全换成了端午节相关贴图:三种粽子造型 雄黄酒 以及五毒:蛇,壁虎,蜈蚣,蟾蜍,蟹子 其实五毒也是我在逛了粽子博物馆才看到的哈哈哈,所以虽…