02_数据结构与算法之链表

Posted 2021-09-25 格子衫111

1、什么是链表

链表（linked list）是一种在物理上非连续、非顺序的数据结构，由若干节点（node）所组成。

链表中数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。链表由一系列结点（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。（百度百科）

常见的链表包括：单链表、双向链表、循环链表

1）单链表
单向链表的每一个节点又包含两部分，一部分是存放数据的变量data，另一部分是指向下一个节点的指针next

Node{
        int data;
        Node next;
}

2）双向链表
双向链表的每一个节点除了拥有data和next指针，还拥有指向前置节点的prev指针。

Node{
    int data; 
    Node next; 
    Node prev; 
}

3）循环链表
链表的尾节点指向头节点形成一个环，称为循环链表

2、存储原理

数组在内存中的存储方式是顺序存储（连续存储），链表在内存中的存储方式则是随机存储（链式存储）。
链表的每一个节点分布在内存的不同位置，依靠next指针关联起来。这样可以灵活有效地利用零散的碎片空间。

链表的第1个节点被称为头节点（3），没有任何节点的next指针指向它，或者说它的前置节点为空头结点用来记录链表的基地址。有了它，我们就可以遍历得到整条链表链表的最后1个节点被称为尾节点（2），它指向的next为空

3、操作

1）查找节点

在查找元素时，链表只能从头节点开始向后一个一个节点逐一查找。

2）更新节点

找到要更新的节点，然后把旧数据替换成新数据

3）插入节点

• 尾部插入
  把最后一个节点的next指针指向新插入的节点即可
  
• 头部插入
  第1步，把新节点的next指针指向原先的头节点
  第2步，把新节点变为链表的头节点
  
• 中间插入
  第1步，新节点的next指针，指向插入位置的节点
  第2步，插入位置前置节点的next指针，指向新节点
  
  只要内存空间允许，能够插入链表的元素是无限的，不需要像数组那样考虑扩容的问题

4）删除节点

• 尾部删除
  把倒数第2个节点的next指针指向空即可
  
• 头部删除
  把链表的头节点设为原先头节点的next指针即可
  
• 中间删除
  把要删除节点的前置节点的next指针，指向要删除元素的下一个节点即可
  

5、时间复杂度

查找节点： O(n)
插入节点：O(1)
更新节点：O(1)
删除节点：O(1)

6、优缺点

• 优势
  插入、删除、更新效率高
  省空间
• 劣势
  查询效率较低，不能随机访问

7、应用

链表的应用也非常广泛，比如树、图、Redis的列表、LRU算法实现、消息队列等

8、数组与链表的对比

• 数组的优势在于能够快速定位元素，对于读操作多、写操作少的场景来说，用数组更合适一些
• 链表的优势在于能够灵活地进行插入和删除操作，如果需要在尾部频繁插入、删除元素，用链表更合适
  一些
• 数组和链表是线性数据存储的物理存储结构：即顺序存储和链式存储。