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[牛人杂谈]

数据结构与算法--链表

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楼主
643757107|  楼主 | 2019-12-31 22:07 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
链表(Linked list)
通过指针将一组零散的内存块串联起来是使用,形成一种线性结构

链表分类
单链表

双链表

循环链表

单链表及时间复杂度
内存块称为节点,即data和next组合而成的内存块

将记录下个节点的指针称为后继指针,即next

习惯将第一个节点称作头结点,把最一个节点称为尾结点。

头结点记录链表的基地址,尾结点的指针指向一个空地址

插入和删除的时间复杂度:O(1)

查询的时间负责度:第一次查到O(1),最后一次查到O(n),平均时间负责度(1 + 2 + ... + n)/n=O(n)

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沙发
643757107|  楼主 | 2019-12-31 22:08 | 只看该作者
循环链表
循环链表的尾指针指向链表的头结点
循环链表的优点是从链表的尾部到头部比较方便,对于处理具有环型结构特点的数据比较合适,如著名的约瑟夫问题
双链表
双向链表支持两个方向,前驱指针pre指向前一个节点,后继指针next指向后一个节点。
双向链表需要额外的两个空间来存储前驱指针地址和后继指针地址,比单链表占用更多的空间
双向链表在某些情况下的插入、删除等操作比单链表更加简单高效


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板凳
643757107|  楼主 | 2019-12-31 22:09 | 只看该作者
双向循环链表

单链表与双链表对比
在实际的软件开发中,从链表删除数据有两种情况:
一是删除节点中“值等于某个给定值”的结点;
二是删除给定指针指向的结点。
对于第一种情况,单链表和双链表都需要查找到值等于给定值的结点,然后将其删除,时间复杂度均为O(n)。
对于第二种情况,已经找到了要删除的结点,而删除前需要知道其前驱结点,对于单链表而言,还是需要从头结点遍历一次链表,其时间复杂度为O(n),对于双链表,时间复杂度为O(1)。
对于有序链表,双链表可以根据查找值与给定值的大小关系,决定向前或前后查找。
故双链表的应用更加广泛,主要是利用空间换时间的设计思想。如Java中的LinkedHashMap容器就运用了双链表。
当内存空间充足时,更加追求代码的执行速度,可以选择空间复杂度相对较高,但时间复杂度相对很低的算法或数据结构。相反,如果内存比较紧缺,如代码跑在手机或单片机上,这时候就要使用时间换空间的设计思想。即对于执行较慢的程序,可以通过消耗更多的内存进行优化;对于内存消耗过多的程序,可以通过消耗更多时间来降低内存的消耗。
链表与数组性能对比
插入删除的时间复杂度:数组O(n),链表O(1)(还要分情况)
查询的时间复杂度:数组O(1),链表O(n)
数据使用的是连续内存空间,可以借助CPU的缓存机制,预读数组中的数据,访问效率更高。链表使用的是非连续内存空间,对CPU缓存机制不友好,没办法有效预读。
数组的缺点是大小固定,申请内存过大,容易导致内存不足,申请过小,容易导致不够用而需要扩容耗时。链表本身没有大小限制,天然支持扩容,但指针需要占用额外的存储空间,同时插入和删除操作会导致频繁的申请和释放内存,容易造成内存碎片。在Java中可能导致频繁的GC(垃圾回收)。
链表实现技巧
理解指针或引用的含义:不管是指针或引用,都是存储所指对象的内存地址。将某个变量赋值给指针,实际上就是将这个变量的地址赋值给指针。或者说,指针存储了这个变量的内存地址,指向了这个变量,通过指针就能找到这个变量。
如:p->next=q。这行代码是说,p 结点中的 next 指针存储了q结点的内存地址
p->next=p->next->next。这行代码表示,p结点的next指针存储了p结点的下下一个结点的内存地址
警惕指针丢失或内存泄漏:插入结点时,一定要注意操作顺序。如在a、b结点插入x结点时,先将x的next指针指向结点b,在将a的next指针指向结点x,才不会丢失指针,导致内存泄漏。删除链表结点时,一定要记得手动释放内存空间。否则也会出现内存泄漏的问题。
利用哨兵简化实现难度:针对链表的插入、删除操作,需要对插入第一个结点和删除最后一个结点的情况作特殊处理,实现会很繁琐,而且也很容易考虑不全。为此,引入哨兵,不管链表是否为空,head指针会一直指向哨兵结点(头结点)。
重点留意边界条件处理:在一些边界或异常情况下,代码最容易产生bug。在代码编写完成后,一定要检查边界条件是否考虑全面。对于链表需要考虑以下几个边界情况:
  • 如果链表为空时,代码是否能正常工作?
  • 如果链表只包含一个结点时,代码是否能正常工作?
  • 如果链表只包含两个结点时,代码是否能正常工作?
  • 代码逻辑在处理头结点和尾结点的时候,是否能正常工作?

实际上,不光光是写链表代码,你在写任何代码时,也千万不要只是实现业务正常情况下的功能就好了,一定要多想想,你的代码在运行的时候,可能会遇到哪些边界情况或者异常情况。遇到了应该如何应对,这样写出来的代码才够健壮!
举例画图,辅助思考:看图写代码,可以释放脑容量,留出更多的时间进行逻辑思考。
多写多练,没有捷径:多写几遍,出问题就一点一点调试,熟能生巧
常见的链表操作
  • 单链表反转
  • 链表中环的检测
  • 两个有序链表的合并
  • 删除链表倒数第n个结点
  • 求链表的中间节点
经典应用场景--LRU缓存淘汰算法
缓存是一种提高数据提取性能的技术,如CPU缓存、数据库缓存、浏览器缓存等
缓存有大小限制,当缓存被用满时,需要缓存淘汰策略对数据进行清理,腾出空间。
常见的缓存策略有三种:先进先出策略 FIFO(First In,First Out)、最少使用策略 LFU(Least Frequently Used)、最近最少使用策略 LRU(Least Recently Used)
实现方式:可以用有序的单链表,最近的数据放在头部,之前的数据放在尾部,如果空间不足,就删除尾部节点,同时链表头部插入新的数据。

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地板
zhuomuniao110| | 2019-12-31 22:12 | 只看该作者
图做的很不错。

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5
yiy| | 2020-1-5 23:21 | 只看该作者
图的搜索是不是就是把图展开成树和链表。

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捉虫天师| | 2020-1-6 19:22 | 只看该作者
删除一个节点的时候,应该先找到这个节点的前一个节点和后一个节点吧,让前一个节点,指向这个节点的后一个节点,不就相当于从链里面删除了该节点了

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