链表-LinkList

Posted 2022-12-08 sang-bit

什么是链表

维基百科：链表（Linked list）是一种常见的基础数据结构，是一种线性表，但是并不会按线性的顺序存储数据，而是在每一个节点里存到下一个节点的指针(Pointer)。由于不必须按顺序存储，链表在插入的时候可以达到O(1)的复杂度，比另一种线性表顺序表快得多，但是查找一个节点或者访问特定编号的节点则需要O(n)的时间，而顺序表相应的时间复杂度分别是O(logn)和O(1)。

为了更好的理解链表，我们拿数组来作对比。

• 相比数组，链表是一种稍微复杂一点的数据结构。从底层的存储结构上来看：数组需要一块儿连续的内存空间，堆内存的要求比较高，如果我们申请一个100MB大小的数组，当内存中没有连续的、足够大的空间的时候，即便内存的剩余总可用空间大于100MB，仍然会申请失败；而链表恰恰相反，它并不需要一块儿连续的内存空间，它通过“指针”将一组零散的内存块串联起来，所以如果我们申请100MB大小的链表，如果没有100MB连续的内存空间，且内存的剩余总可用空间大于100MB，根本不会有问题。

• 使用链表结构可以克服数组链表需要预先知道数据大小的缺点，链表结构可以充分利用计算机内存空间，实现灵活的内存动态管理。但是链表失去了数组随机读取的优点，同时链表由于增加了结点的指针域，空间开销比较大。

链表的基本结构如下：

常见的链表结构

链表结构五花八门，但是我们只介绍最常用的三种，分别是：单向链表，单向循环链表，双向循环链表。
(如果你想进一步了解这些结构，可以点击下方的传送门)

• 单链表
• 单向循环链表
• 双向循环链表

链表的优势和劣势

优势

• 在程序中使用数组之前，必须事先知道数组的大小，增加数组的大小是一个耗时的过程，在运行时几乎不可能扩展数组的大小。而链表不需要提前声明链表的大小，链表的大小是随着使用的过程逐步增大的。
• 在空间的利用上链表相比数组要更加灵活，不会造成内存的大量浪费。
• 向链表中插入或从链表中删除一项的操作不需要移动很多项，只涉及常数个节点链的改变，时间复杂度为O（1）。

劣势

• 由于在链表中，仅仅只有头节点和尾节点是可见的，因此要想查找某个节点，必须从头节点或尾节点一路找下去，时间复杂度至少为O(logn) （二分），不如数组快。

  链表和数组基本操作的时间复杂度对比

  ...	数组	链表
  访问	O(1)	O(N)
  搜索	O(N)	O(N)
  插入	O(N)	O(1)
  删除	O(N)	O(1)

• 实际上，链表插入和删除元素的时间复杂度均为O(N)。为什么呢？因为虽然插入和删除元素的操作是O(1)的没错，但是要想插入或删除节点，你必须得知道节点在哪，获取节点的操作是O(N)的，
  因此总的时间复杂度为O(N)。尽管如此，链表插入删除元素的速度依旧是要优于数组的。

链表的应用场景

链表适合存储对元素查找，访问要求低；但是对删除，插入要求高的数据。