数据结构基础-数组、链表

数组是什么？

数组是有限个相同类型的变量所组成的有序集合。它在内存中顺序存储。

在python中，并没有直接使用数组这个概念。而是使用列表和元组这两种集合，本质上都是对数组的封装。列表是一个动态可扩展的数组，支持任意地添加、删除、修改元素。元组是一个不可变的集合，一旦创建就不在支持修改。

数组的基本操作

1、读取元素   根据数组下标进行读取

list = [1,2,3,4,5]

print(list[2])

2、更新元素

list[3] = 10

print(list[3])

数组读取和更新的时间复杂度都是O(1)

3、插入元素       时间复杂度是O(n)

• 尾部插入  直接把插入的元素放在数组尾部的空闲位置即可   list.append(6)
• 中间插入     list.insert(5,10)
• 超范围插入   需要创建一个新数组实现数组的扩容

4、删除元素      与插入操作的过程相反     时间复杂度是O(n)

 

链表是什么？

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

单向链表的每一个节点包含两部分。存放数据的变量data和指向下一个节点的指针next。

第一个节点称为头节点，最后一个节点称为尾节点。尾节点的next指针指向空。

 

通过链表的一个节点，那你如何快速找到它的前一个节点呢？

双向链表

双向链表相比单向链表，会多一个指向前置节点的prev指针

那链表在内存中是如何存储的呢？

随机存储

 

什么叫随机存储呢？

链表采用的是见缝插针的方式，它的每一个节点分布在内存中的不同位置，依靠next指针进行关联。

这样有哪些好处呢？

这样可以灵活有效地利用零散的碎片空间

 

链表的基本操作

1、查找节点

查找节点时，只能从头节点开始向后逐一查找 。即链表中的数据只能按顺序进行访问，最坏的时间复杂度是O(n)

2、更新节点

直接替换即可

3、插入节点       只要内存空间允许，插入链表的元素是无穷无尽的，不需要考虑扩容的问题。

• 尾部插入  最后一个节点的next指针指向新插入的节点即可
• 头部插入

1.     新节点的next指针指向原先的头节点
2.     把新节点变成链表的头节点

• 中间插入

1.  新节点的next指针指向插入位置的节点
2. 插入位置前置节点的next指针，指向新节点

 

4、删除节点       只要内存空间允许，插入链表的元素是无穷无尽的，不需要考虑扩容的问题

• 尾部删除  倒数第二个节点的next指针指向空即可
• 头部删除  将头节点设置为原先的头节点的next指针所指向的节点即可
• 中间删除  删除节点的前置节点的next指针指向删除元素的下一个节点即可

我们不用刻意去释放被删除的节点，只要没有外部引用指向它们，被删除的节点会被自动回收

不考虑插入、删除操作之前的查找元素的过程，只考虑纯粹的插入和删除操作，时间复杂度都是O(1)

数组和链表相关操作的性能：

	查找	更新	插入	删除
数组	O(1)	O(1)	O(n)	O(n)
链表	O(n)	O(1)	O(1)	O(1)

总结：

数组和链表都属于线性数据结构。数据结构没有绝对的好与坏，数组和链表各有优劣。数组的优势在于可以快速定位元素，适合读多写少的场景。链表的优势在于能够灵活地进行插入和删除操作。