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数据结构/.DS_Store vendored

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数据结构/线性表/.DS_Store vendored Normal file

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@@ -0,0 +1,61 @@
<!--
* @Description:
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2021-03-07 21:57:27
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2021-03-07 21:57:35
-->
## 线性表的基础概念和基本操作
> 强调线性表是一种逻辑结构,不是存储结构
### 定义
线性表是具有相同数据类型的nn≥0个数据元素的有限序列。一般表示
L=(a<sub>1</sub>,a<sub>2</sub>,a<sub>3</sub>......a<sub>n</sub>) 其中n可以理解为表长线性表的长度n=0时候即表空
- `表头元素`线性表中唯一的“第一个”数据元素例如a<sub>1</sub>
- `表尾元素`线性表中唯一的“最后一个”数据元素例如a<sub>n</sub>
重要逻辑特性:
- 除表头元素外,线性表中每个元素有且仅有一个`直接前驱`
- 除表尾元素外,线性表中每个元素有且仅有一个`直接后继`
基于此,这种**线性有序的逻辑结构**,使得线性表的特点如下:
- 元素的**个数有限**(强调有限序列)
- 元素在逻辑上具有**顺序性**,在序列中每个元素都是都有先后次序的
- 元素都数据元素,**每个元素都是单个元素**
- 元素的**数据类型都相同**(强调相同数据类型),每个数据元素占用相同大小的存储空间
- 元素具有**抽象性**,仅仅讨论元素之间的逻辑关系,不需要去考虑元素究竟表示的什么内容
> Tips: **线性表是一种逻辑结构**,表示元素之间一对一的相邻关系。**顺序表和链表则指的是存储结构**
### 基本操作
- `InitList(&L)` **初始化表**。构造空的线性表
- `Length(L)`**获取表的长度**。返回线性表L的长度即表中的数据元素个数
- `LocateElem(L,e)`**按值查找操作**。在表L中国查找具有给定关键字的元素
- `GetElem(L,i)`**按位查找操作**。获取表中第i个位置的元素的值
- `ListInsert(&L,i,e)`**插入操作**。在表的第i个位置上插入指定元素e
- `ListDelete(&L,i,&e)`**删除操作**。删除表中第i个位置的元素并用e返回删除元素的值
- `PrintList(L)`**输出操作**。按照前后顺序1、2....n输出线性表的所有元素值
- `Empty(L)`**判空操作**。当表L为空则返回true否则返回false
- `DestoryList(&L)`**销毁操作**。将线性表销毁释放线性表L所占用的内存空间类似释放内存
线性表是具有相同的数据类型的有限个数据元素组成的,**数据元素是由数据项组成的**

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@@ -0,0 +1,274 @@
<!--
* @Description:
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2021-03-07 21:57:52
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2021-03-07 21:58:00
-->
## 线性表的顺序表示
### 定义
`顺序表`:顺序存储的线性表,**是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,使得在逻辑上相邻的两个元素在物理位置上也相邻。**
顺序表中的元素的逻辑顺序与实际的物理位置相同
注意:
- 线性表中的元素的位序是从1开始的例如1、2、3...
- 数组中的元素的下标是从0开始的例如0、1、2...
```c
# define MaxSize 20 // 定义常量MaxSize 用来声明顺序表的最大长度
// 线性表结构体定义【ElemType用来代指顺序表中元素的类型例如高级语言中的int、string....】
typedef struct{
ElemType data[MaxSize]; // 顺序表的元素
int length; // 顺序表的长度
}SqList
```
#### 存储分配
`静态分配`:数组的大小和空间都是实现确定好的,一旦存储空间占满就会产生溢出,直接导致程序崩溃。(有点内存不够,宕机重启的意思....
`动态分配`:存储数据的空间在程序执行过程中通过`动态存储分配语句`分配的,即便是数据空间占满,也可以另外开辟一块更大的空间,来替换原来的存储空间,满足扩充数据空间的目的。(有点动态规划的意思....)最重要的是:**不需要像静态分配那样,一次性地固定线性表的空间和大小**
```c
#define InitSize 100 // 表长度初始化
// 动态分配数组顺序表的结构体定义
typedef struct{
ElemType *data; // 动态分配数组的指针
int MaxSize,length; // 数组的最大容量和当前元素个数
}SqList;
```
动态分配语句
```C
// C语言中
L.data=(ElemType*)malloc(sizeof(ElemType)*InitSize);
// C++ 中
L.data=new ElemType[InitSize];
```
`malloc()函数` 指针型函数返回的指针指向该分配域的开头的位置。作用是在内存的动态存储区中分配一个长度为size的连续空间。[百度百科](https://baike.baidu.com/item/malloc%E5%87%BD%E6%95%B0/8582146?fr=aladdin)
**动态分配不是链式存储,而是属于顺序存储结构**,动态分配的物理结构没有改变,依然是随机存取的方式。只是分配的空间大小可以在运行时决定;
#### 顺序表的特点
- 随机访问【这是最主要的特点】通过存储起始地址和元素序号O(1)时间内访问指定元素。
- 存储密度高,没有结点只存储数据元素,不像索引存储那样,还需要索引表什么的..
- 逻辑上相邻的元素物理上也相邻,插入和删除需要移动大量元素
### 基本操作
#### 插入
在顺序表L的第i1≤i≤L.length+1个位置插入新的元素e
- 第一步如果i非法则直接返回false插入失败结束插入过程
- 第二步i正常将表的第i个元素以及后面的所有元素都像有移动一个位置在腾出来的空位置插入元素e
- 第三步顺序表插入成功返回true
注意:先判空和临界值,提高算法健壮性
```C++
/*
* @Description: 顺序表的插入操作
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2020-02-23 07:48:26
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2020-02-23 07:48:26
*/
bool ListInsert(SqList &L, int i, ElemType e){
// i非法 i=1 表头 i=L.length+1 表尾巴
if(i<1||i>L.length+1){
return false;
}
// 存储空间满,无法插入
if(L.length >= MaxSize){
return false;
}
// 遍历,将位置元素往后移动,注意从后往前循环,避免值被覆盖
for(int j=L.length; j>=i;j--){
L.data[j]=L.data[j-1];
}
// 此时表L中的第i个元素和第i+1元素素值一样将新元素存入i位置即可
// 第i个元素对应的位置角标为i-1
L.data[i-1]=e;
// 表长度加1
L.length++;
// 返回插入成功
return true;
}
```
注意:区别顺序表中的位序和角标;
**时间复杂度**
- 最好情况在表尾插入元素向后移动循环没有执行时间复杂度O(1);
- 最坏情况在表头插入元素后移循环执行n次时间复杂度为O(n);
- 平均情况随机插入平均次数为n/2对应的平均复杂度为O(n);
**线性表插入算法的平均时间复杂度为O(n)**
> Tips: 需要根据实现代码理解循环为什么是从后往前来实现元素后移通过for循环可以很明显的看出表尾插入快表头插入慢
#### 删除
删除顺序表L中第i1≤i≤L.length+1个位置的元素
- 成功返回true,将被删除的元素用引用变量返回;
- 失败返回false
```C++
/*
* @Description: 顺序表的删除操作
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2020-02-23 07:48:26
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2020-02-23 07:48:26
*/
bool ListDelete(SqList &L, int i, ElemType &e){
// i非法 i=1 表头 i=L.length+1 表尾巴
if(i<1||i>L.length+1){
return false;
}
// 存储空间满,无法插入
if(L.length >= MaxSize){
return false;
}
// 引用变量e赋值
e=L.data[i-1]
// 遍历第i个元素后面的往前移动
for(int j=i; j<=L.length;j++){
// 从第i个元素开始角标从i-1开始
L.data[j-1]=L.data[j];
}
// 此时表L中的表尾元素和倒数第二个元素值一样将表的长度-1
// 表长度减1
L.length--;
// 返回删除成功
return true;
}
```
从这里来看,删除、插入元素都会涉及到大量的元素的移动(最好情况例外),总结而言:
- 元素从后往前移,循环从前往后遍历
- 元素从前往后移,循环从后往前遍历
**时间复杂度:**
- 最好情况删除表尾元素不需要移动任何元素时间复杂度为O(1)
- 最坏情况删除表头元素需要移动除第一个元素外的所有元素时间复杂度为O(n)
- 平均情况:随机删除,平均需要(n-1)/2对应的时间复杂度为O(n)
**线性表删除算法的平均时间复杂度为O(n)**
#### 按值查找(顺序查找)
在顺序表L中查找第一个元素值等于e的元素并返回位序
```C++
/*
* @Description: 顺序表的按值查找(顺序查找)
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2020-02-23 07:48:26
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2020-02-23 07:48:26
*/
int LocateElem(SqList L,ElemType e){
int i;
// 循环判断
for(i=0;i<L.length;i++){
if(L.data[i]===e){
// i是元素的角标i+1是具体元素的位序号
return i+1;
}
}
// 未命中返回0,即:没有
return 0;
}
```
注意理解`位序`的含义,即元素在线性表中的位置序号,角标为`i`角标从0开始,对应的位序为`i+1`位序从1开始。当返回为0时则直接代表没有`命中`
**时间复杂度:**
- 最好情况查找的元素在表头只需要比较一次循环成本最小时间复杂度为O(1);
- 最坏情况查找的元素在表尾或者不存在需要完整遍历比较n次时间复杂度为O(n);
- 平均情况随机查找表上的第i个1≤i≤L.length元素,平均次数为(n+1)/2,对应时间复杂度为O(n)
**线性表按值查找顺序查找的平均时间复杂度为O(n)**
**顺序存取是读写方式,不是存储结构;顺序存储是存储结构,包括有:顺序存储、链式存储、索引存储、散列存储**

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@@ -0,0 +1,440 @@
<!--
* @Description:
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2021-03-07 21:58:40
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2021-03-07 21:58:40
-->
## 线性表的链式表示
顺序表的插入、删除操作需要移动大量元素影响了运行效率虽然时间复杂度为O(1)的情况也存在)。
**链式存储线性表时,不需要使用连续的存储单元,不要求逻辑上相邻的两个元素在物理位置上也相邻**
理解“链”的含义,链条--->捆绑、指向------>指针
**链式存储线性表时,对线性表的插入、删除元素是不需要移动元素的,只是需要修改指针**
- 单链表
- 双链表
- 循环链表
- 静态链表
### 单链表
线性表的链式存储称作`单链表`,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node除了存放元素自身的信息外还需要存放一个指向其后继结点的指针。目的是**通过指针建立起链表元素之间的线性关系**
单链表中结点类型的描述:
```C++
// 单链表结点类型定义
typeof struct LNode{
ElemType data; // 数据域
struct LNode *next; // 指针域
}LNode , *LinkList;
```
单链表可以解决顺序表需要大量连续存储空间的缺点,但是单链表在数据域的基础上附加了指针域,存在浪费存储空间的缺点;
单链表的元素是**离散地分布**在存储空间中的,因此**单链表是非随机存取的存储结构**,不能直接找到表中特定的结点,需要从头开始遍历、一次查找;
通常,**头指针用来标识一个单链表**。头指针指向`NULL`时,标识单链表为空。
#### 头结点
为了操作上的方便,在单链表第一个结点之前附加一个结点,叫做**头结点**。
- 头结点的数据域可以不存任何信息、也可以记录表长等基础信息
- 头结点的指针域指向线性表的第一个元素结点;
**不论单链表是否带头结点(可选),头指针始终指向链表的第一个结点。**
头结点是带头结点的链表中的第一个结点【重要】
- 头结点的数据域可以不存任何信息、也可以记录表长等基础信息
- 头结点的指针域指向线性表的第一个元素结点;
头结点的优点:
- 因为开始结点的位置被存放在头结点的指针域中,所以在链表的第一个位置上的操作和在表的其他位置上的操作一致,不需要进行特殊处理;
- 无论链表是否为空,头指针始终是指向头结点的头结点的非空指针【空表中,往往就只有头结点,此时头结点的指针域为空,可以有效避免头指针空指针异常问题】-----> **头结点的引入,很好的统一了空表和非空表的操作;**
#### 头插法
> 从空表开始,生成新的结点,将读取的数据存放在新结点的数据域中,将新结点插入到当前链表的表头【头结点之后】
```C++
/*
* @Description: 单链表头插法创建
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2020-03-04 23:38:04
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2020-03-04 23:39:16
*/
LinkList CreateListWithStartNode(LinkList &L){
LNode *s;
int x;
L=(LinkList)malloc(sizeof(LNode)); // 创建头结点L
L->next=NULL; // 初始化空链表
// 控制台输入值
scanf("%d",&x);
// 输入9999 表示结束
while(x!==9999){
// 开辟新结点存储空间
s=(LNode*)malloc(sizeof(LNode));
// 结点数据域赋值
s->data=x;
// 修改指针新结点插入表中【注意L->next为头结点的指针域】
s->next=L->next;
L->next=s;
scanf("%d",&x);
}
// 返回单链表
return L;
}
```
特点:
- 读入数据的顺序与生成的链表中的元素顺序是相反的【结合队列先进先出思考】
- 每个结点插入的时间复杂度为O(1),单链表长度为n时头插法的时间复杂度为O(n)【结合算法中的while循环可以很明确看出时间复杂度】
#### 尾插法
头插法建立的单链表,链表中结点的次序和输入数据的顺序不一致【相反】,尾插法则很好的避免了这个问题;
>新结点插入到当前链表的表尾上必须增加一个尾指针r,始终指向当前链表的尾结点;
```C++
/*
* @Description: 单链表尾插法创建
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2020-03-04 23:38:04
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2020-03-04 23:39:16
*/
LinkList CreateListWithEndNode(LinkList &L){
int x; // 输入结点值
L=(LinkList)malloc(sizeof(LNode));
LNode *s; // 新结点s
LNode *r=L; // r为尾指针
// 控制台输入值
scanf("%d",&x);
while(x!==9999){
// 开辟新结点存储空间
s=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));
// 新结点s的数据域赋值为x
s->data=x;
// 单链表L的尾指针指向新的结点s
r->next=s;
// 指针r指向新的表尾结点
r=s;
scanf("%d",&x);
}
// 表尾指针置空【重要】
r->next=NULL;
// 返回单链表
return L;
}
```
特点:
- 读入数据的顺序与生成的链表中的元素顺序完全一致
- 每个结点插入的时间复杂度为O(1),单链表长度为n时尾巴插法的时间复杂度为O(n)【结合算法中的while循环可以很明确看出时间复杂度】
- 相比头插法附设了一个指向表尾结点的指针,但时间复杂度与头插法相同
#### 按序号查找
> 在单链表中从第一个结点出发顺指针next域逐个往下搜索、遍历直到找出第i个结点为止否则返回最后一个结点指针域NULL
```C++
/*
* @Description: 单链表按序号查找
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2020-03-04 23:38:04
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2020-03-04 23:39:16
*/
LNode *GetElem(LinkList L,int i){
int j=1; // 查询计数初始为1
LNode *p=L->next; // 单链表头结点指针赋值给指针p
// 第0个元素则指向头结点返回头结点
if(i==0){
// 头结点包含数据域和指针域
return L;
}
// 不等于0却小于1则i为负数无效直接返回NULL查询结果空
if(i<1){
return NULL;
}
// p存在且计数没有走到初始i的位置
while(p&&j<i){
// 指针后移
p=p->next;
// 计数标记+1
j++;
}
// 注意: 当p不存在时 跳出循环p=NULL; 当p存在但是j大于等于i跳出循环返回查找的结果返回p
// 从跳出循环上来分析p要么存在即找到的结点元素要么为空即NULL
// 跳出循环返回第i个结点的指针
return p;
}
```
需要遍历扫描单链表时间复杂度为O(n)
#### 按值查找
> 从单链表的第一个结点开始从前往后依次比较表中个结点数据域的值等于给定值e则返回该结点的指针若整个单链表【遍历完】中没有数据域值为e的结点则返回NULL
```C++
/*
* @Description: 单链表按值查找
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2020-03-04 23:38:04
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2020-03-04 23:39:16
*/
LNode *LocateElem(LinkList L,ElemType e){
// 指针【哨兵】
LNode *p=L->next;
// 从第1个结点开始查找数据域(data)为e的结点
while(p!=NULL&&p->data!=e){
// 无法匹配,指针后移
p=p->next;
}
// 注意p为NULL的时候说明单链表已经遍历的尾结点了跳出循环没有找到目标结点
// 查找到第1个匹配的结点跳出循环返回结点指针
return p;
//
}
```
链表遍历无法匹配会返回NULL,因为在尾结点无法匹配的时候,直接返回尾结点指针域
需要遍历扫描单链表时间复杂度为O(n)
#### 结点插入
> 单链表中将值为x的新结点插入到单链表的第i个位置上
- 第一步: 检查插入位置的合法性;
- 第二步: 找到待插入位置的前驱结点即第i-1个结点
- 第三部: 在前驱结点后插入新结点;
```C++
// 循环遍历时间复杂度O(n)
p=GetElem(L,i-1);
// 移动指针时间复杂度O(1)
s->next=p->next;
p->next=s;
```
结合上面的代码可以看出将元素x插入到单链表L的第i个元素上必须先找到单链表L的i个结点的前驱结点i-1的位置需要采用`GetElem()`函数,按照序号查找;
如果返回的前驱结点不为空则说明插入的位置i合法否则位置非法插入失败
找到前驱结点p后最重要的是移动指针将新的结点s的指针域指向结点p的指针域也就是s的指针域指向元素p的后继结点第i个结点元素
原来的(i-1)位置上的元素也就是前驱结点p的指针域则必须指向新的结点元素
**上面的过程不能更换,避免后继指针不存在的问题**
最后的最后一定要注意将s的数据域赋值x
插入结点的时间复杂度集中在查找第(i-1)个元素时间复杂度为O(n);如果在给定结点的后面插入新结点,只需要执行`p->next=s`操作时间复杂度为O(1)
##### 前插操作
> 在某结点的前面插入一个新的结点
**对结点的前插操作都可以转化为后插操作前提需要从单链表的头结点开始顺序查找到其前驱结点时间复杂度为O(n)。**
##### 后插操作
> 在某结点的后面插入一个新的结点,单链表插入算法中,通常采用后插操作的
```C++
// 结点s插入到结点p的前面修改指针域顺序不能改变
s->next=p->next;
p->next=s;
// 经典的借助变量,进行值交换
temp=p->data;
p->data=s->data;
s->data=temp;
```
上述借助临时变量`temp`来将结点s和结点p的数据域进行交换需要开辟O(1)的空间复杂度但是时间复杂度却从O(n)改变为O(1),典型的空间换时间策略
#### 删除结点
> 将单链表L的第i个结点元素删除
- 第一步: 先检查删除位置的合法性;
- 第二步: 查找表中的第i-1个结点即被删结点的前驱结点
- 第三步: 移动指针,删除结点元素;
```C++
// 获取删除位置结点元素的前驱结点
p=GetElem(L,i-1);
// 删除位置结点元素指针
q=p->next;
// 修改指针,将删除位置结点元素前驱结点的指针域指向其后继结点
p->next=q->next;
// 释放结点元素的内存控件
free(q)
```
和插入算法一样时间都消耗在查询前驱结点上时间复杂度为O(n)
> 删除单链表L中给点结点元素*p通常是按值查找获取到p结点的前驱元素再执行删除操作这样很明显会导致时间复杂度为O(n),主要都消耗在`按值查找`上
这里可以利用p结点的后继结点将p结点删除
- 第一步申请结点q使其只想p结点的后继结点
- 第二步将p结点的数据域值换成其后继结点的数据域【注意交换没什么意义最终p的后继结点会删除、释放】
- 第三步p的指针域指向q的指针域q结点从链中“断开”
- 第四步释放q的内存空间
```C++
// 存放p的后继结点指针
q=p->next;
// 结点p的后继结点元素赋值给结点p避免后继结点的数据域丢失
p->data=p->next->data;
p->next=q->next;
// 此时q指向更换数据域后的p即原来p的后继结点
free(q)
```
相比按值查找前驱结点来删除给定的结点p利用后继结点来删除的时间复杂度更小O(1)
#### 计算表长
> 计算单链表中数据结点(不含头结点)的个数
算法思路:从第一个结点开始顺序依次访问表中的每一个结点,为此需要设置一个`计数器变量`每访问一个结点计算器加1直到访问到空结点为止。
算法时间复杂度O(n)
**单链表的长度是不包括头结点的,不带头结点和带头结点的单链表在求表长操作上会略有不同。**
不带头结点的单链表,当表为空时候,需要单独处理;
```C++
// 不带头结点的单链表L为空,判定条件是L=NULL。
if(L===NULL){
// 链表为空表长为0
return 0;
}
// 带头结点的单链表L为空判空条件L->next=NULL;
if(L->next===NULL){
// 链表为空不包含头结点表长为0
return 0;
}
```

View File

@@ -0,0 +1,92 @@
<!--
* @Description:
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2021-03-07 21:59:05
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2021-03-07 21:59:13
-->
## 双链表
从单链表的结构上来看
- 访问特定结点的前驱结点需要遍历整个单链表移动指针时间复杂度为O(n)
- 访问特定结点的后继结点只需要移动一次指针时间复杂度为O(1)
双链表的引入,很好的解决单链表访问前驱结点时间消耗大的问题。
双链表结点由三部分组成:
- `数据域` 存放数据信息
- `prior指针域` 指向结点的前驱结点
- `next指针域` 指向结点的后继结点
```C++
// 双链表结点类型
typedef struct DNode{
ElemType data; // 结点的数据域
struct DNode *prior; // 结点的前驱指针
struct DNode *next; // 结点的后继指针
}DNode, *DlinkList;
```
### 基本特点
- 双链表仅仅在单链表的结点中增加了一个指向结点前驱的`prior`指针;
- `按值查找`、`按序号查找`在单链表和双链表上的操作是相同的。
- 和单链表不同,`插入`、`删除`操作除了修改`next`指针域,双链表还需要修改`prior`指针域,确保不断``时间复杂度都为O(1)
### 插入结点
> 在双链表中p所指的结点之后插入结点s
```C++
// 第一步
s->next=p->next;
// 第二步
p->next->prior=s;
// 第三步
s->prior=p;
// 第四步
p->next=s
```
**第一步和第二步必须再第四步之前**整体时间复杂度为O(1)
### 删除结点
> 删除双链表中结点p的后继结点q
```C++
// 第一步
p->next=q->next;
// 第二步
q->next->prior=p;
// 第三步
free(q);
```
**第一步和第二步顺序可换**整体时间复杂度为O(1)

View File

@@ -0,0 +1,76 @@
<!--
* @Description:
* @Version: Beta1.0
* @Author: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @Date: 2021-03-07 21:59:27
* @LastEditors: 【B站&公众号】Rong姐姐好可爱
* @LastEditTime: 2021-03-07 21:59:27
-->
## 循环链表
- 循环单链表
- 循环双链表
### 循环单链表
`循环单链表`是在单链表的基础上,将最后一个结点(尾结点)的指针由`NULL`改为指向`头结点`,形成`环`。【单链表----->循环单链表】
```C++
// 双链表结点类型
typedef struct DNode{
ElemType data; // 结点的数据域
struct DNode *prior; // 结点的前驱指针
struct DNode *next; // 结点的后继指针
}DNode, *DlinkList;
```
#### 判空条件
**不是判断头结点的指针是否为空,而是需要判断是否等于头指针**表为空时头结点的next指针域其实是指向自己
#### 特点
- 在循环单链表中,尾结点*p的next指针域指向链表L头结点形成了`闭环`,不存在指针域为`NULL`的结点。
- **由于循环单链表是个``,在任何位置上的插入、删除操作都是等价的,不需要去判断是否是表尾**。当其中的结点的next指针指向自己也就能判断表为空
- 单链表只能从头结点(表头结点)开始往后顺序遍历整个表,循环单链表可以从表中任意位置开始遍历整个链表,结点是等价的;
- **循环单链表可以抽象为时钟,形成的``是有顺序的;**
- 频繁的`表头`和`表尾`操作,可以对循环单链表设置`尾指针`,而不设置`头指针`明确尾指针r后头指针即为`r->next` ,减少头指针到尾指针间的遍历,时间复杂度:O(n)---->O(1)
### 循环双链表
`循环双链表`是在双链表的基础上,将`尾结点`的`next`指针指向`头结点`,将`头结点`的`prior`指针指向`尾结点`。【双链表----->循环双链表】
```C++
// 双链表结点类型
typedef struct DNode{
ElemType data; // 结点的数据域
struct DNode *prior; // 结点的前驱指针
struct DNode *next; // 结点的后继指针
}DNode, *DlinkList;
```
#### 判空条件
循环双链表为空时,头结点*p的prior指针和next指针都指向L即同时满足
- p->next=L
- p->prior=L
#### 基本特点
- 从双向链表中的任意一个结点开始,都可以很方便地访问它的`前驱结点`和`后继结点`。

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* @Date: 2021-03-07 21:59:47
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-->
## 静态链表
> 借助数组来描述线性表的链式存储结构,结点元素同样存在数据域`data`和指针域`next`
注意: 和普通的链表的指针域不同的是,静态链表的指针是结点元素的相对地址(数组下标),也称为`游标`,建议结合高级语言中数组的概念来理解;
**与顺序表一样,虽然静态链表属于链表,但是存储时需要预先分配一块连续的内存空间**
静态链表结构类型:
```C++
// 定义静态链表的最大长度
# define MaxSize 50
typedef struct{
ElemType data; // 存储数据元素,数据域
int next; // 下个元素的相对地址,数组下标
}SLinkList[MaxSize];
```
很显然,静态链表是通过`数组游标`来访问下一个结点元素,可以和`指针域`的相关概念结合理解;
- 静态链表以`next=-1`作为结束的标志【尾结点】
- 和动态链表相同,**插入、删除操作不需要移动元素,只需要修改指针**
- 总体来说,静态链表没有单链表使用方便,需要将整个链表存储在一块连续的内存空间中,内部的存储可以分散,通过指针构成`链`的关系

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## 顺序表和链表的比较
### 存取方式
- 顺序表支持顺序存取和随机存取;
- 链表只能从表头顺序存取元素,支持顺序存取;
### 逻辑结构与物理结构
- 顺序存储时,逻辑上相邻的元素,对应的物理存储位置也相邻【一定性】。
- 链式存储时,逻辑上相邻的元素,对应的物理存储位置不一定相邻【可以相邻,也可以不相邻】。
- 链式存储的逻辑关系通过指针链接表示;
### 时间复杂度
#### 按值查找
- 顺序表无序的情况下顺序表和链表的时间复杂度均为O(n)
- 顺序表有序的情况下顺序表的时间复杂度为O(log<sub>2</sub>n)链表的时间复杂度为O(n)
**注意O(log<sub>2</sub>n) < O(n)**
#### 按序号查找
- 顺序表支持随机访问时间复杂度为O(1)
- 顺序表不支持随机访问时间复杂度为O(n)
#### 插入、删除
- 顺序表平均需要移动半个表长的元素;
- 链表只需要修改相应结点的指针域,不需要移动元素;
- 链表结点除了数据域,还有指针域,在存储空间上比顺序存储需要更大的存储空间,付出更大的存储代价,存储密度不够大
### 空间分配
#### 顺序存储
##### 静态分配
- 需要预先分配足够大的存储空间;
- 空间装满后不能扩充,存储新元素将出现`内存溢出`
- 存储空间过大,顺序表后部闲置空间过多,造成`内部碎片`
- 存储空间过小,会造成`内存溢出`
##### 动态分配
- 动态分配能够扩充存储空间,但需要移动大量元素,操作效率降低
- 内存中没有更大块的连续存储空间,将会导致空间分配失败;
#### 链式存储
- 链式存储的结点空间只在需要的时候申请分配
- 只要内存由空间就可以分配,操作灵活、高效

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## 存储结构的选取
### 基于存储的考虑
- 对线性表的长度和存储规模难以估计时,不宜采用顺序表存储
- 链表不用事先估计存储规模,但存储密度较低
- 链式存储结构的存储密度小于1不要求连续的存储空间
### 基于运算的考虑
- 顺序表支持随机存取按序号查找顺序表的时间复杂度为O(1)
- 链表不支持随机存取按序号查找链表的时间复杂度为O(n);
- 顺序表的插入、删除操作,平均需要移动表中一半的元素,当表的数据量较大时,这种情况需要重点考虑的。
- 链表的插入、删除操作,也是需要找插入位置(前驱结点、后继结点),主要的操作还是比较操作,相对较好;
### 基于环境的考虑
- 顺序表容易实现,任何高级语言中都有数组类型;
- 链表操作是基于指针的,指针移动,相对复杂;
综上比较
- 通常比较稳定的线性表选择顺序存储;
- 频繁进行插入、删除操作的线性表,应该选择链式存储,动态性较强

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## 零碎知识补充
- 无论是链表的插入还是删除操作,必须保证不断链【重要】
- 顺序存储结构可以随机存取也能顺序存取,链式结构只能进行顺序存取
- 顺序存储方式同样适合图和树的存储,例如:满二叉树的顺序存储
- 队列需要在表头删除元素,在表尾插入元素【先进先出】,采用带尾指针的循环单链表比较方便
- 数组排序最少时间复杂度为O(nlog<sub>2</sub>n)【重要】
- 静态链表中的指针称为`游标`,指示下一个元素在数组中的`下标`
- 静态链表用数组表示,需要预先分配较大的连续空间,同时具有一般链表的特点(插入、删除元素不需要移动元素)
### 单链表设置头结点
目的
> 主要是方便运算。
好处
- 有头结点后,插入、删除数据元素的算法统一起来了,不需要判断是否在第一个元素之前插入或者删除第一个元素了。
- 不论链表是否为空,头指针是指向头结点的`非空指针`,链表的头指针不变,因此空链表和非空链表的处理也就统一起来了。

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After

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Before

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Before

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Before

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