单链表和双链表的删除和插入的时间复杂度分析

  • 单向链表要删除某一节点时,必须要先通过遍历的方式找到前驱节点(开发中大致分为两种删除方式:1.通过待删除节点序号2.按值查找)。若仅仅知道待删除节点,是不能知道前驱节点的,故单链表的增删操作复杂度为O(n)。

  • 双链表(双向链表)知道要删除某一节点p时,获取其前驱节点q的方式为 q = p->prior,不必再进行遍历。故时间复杂度为O(1)。而若只知道待删除节点的序号,则依然要按序查找,时间复杂度仍为O(n)。

  • 单、双链表的插入操作,若给定前驱节点,则时间复杂度均为O(1)。否则只能按序或按值查找前驱节点,时间复杂度为O(n)。

  • 至于查找,二者的时间复杂度均为O(n)。 对于最基本的CRUD操作,双链表优势在于删除给定节点。但其劣势在于浪费存储空间(若从工程角度考量,则其维护性和可读性都更低)。

双链表本身的结构优势在于,可以O(1)地找到前驱节点,若算法需要对待操作节点的前驱节点做处理,则双链表相比单链表有更加便捷的优势。

### 单链表双向链表的区别 #### 定义 1. **单链表** 单链表是一种简单的线性数据结构,其中每个节点包含两部分内容:一个是存储数据的数据域;另一个是指向下一个节点地址的指针域。这种结构仅允许从头至尾的单向遍历[^2]。 2. **双向链表** 双向链表是在单链表的基础上扩展而来的一种更复杂的链表形式。除了拥有指向下一个节点的指针之外,还额外增加了一个指向前驱节点的指针。这使得它可以方便地从前向后以及从后向前进行访问[^3]。 --- #### 结构对比 | 特性 | 单链表 | 双向链表 | |--------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------| | **节点构成** | 每个节点包含一个数据项一个指向下一节点的引用 | 每个节点不仅有数据项还有两个引用分别指向它的前序节点(pre)后续节点(next)[^1] | | **内存占用** | 相对较小,因为只需要维护单一方向链接关系 | 较大,由于增加了反向连接所以需要更多空间存储前后双指针 | | **插入/删除操作复杂度** | O(1),前提是已经定位到了目标位置 | 同样为O(1),但因需调整pre,next两项故常数因子稍高 | | **遍历方式** | 只能按顺序依次读取直至末端 | 支持正序逆序两种模式自由切换,灵活性更强 | --- #### 功能特性分析 - **遍历能力** - 对于单链表而言,一旦确定起点之后就只能沿着固定的路径前进直到终点才能完成整个过程[^2];而对于带有双向导航功能的版本则不存在这样的局限性因为它可以从任意一点出发朝任一端移动从而大大提高了检索效率特别是在频繁改变观察视角的应用场合显得尤为重要. - **修改便利性** - 当涉及到元素更新时如果只是单纯替换现有条目的内容那么无论哪种类型的列表都没有太大差别;然而如果是关于结构调整比如添加新的成员或者移除现有的实例等情况就会体现出显著差异了因为在后者的情况下往往伴随着多重关联的变化因此相对更加耗时费力一些不过得益于现代计算机强大的运算能力优化算法的影响实际上这点开销完全可以忽略不计. - **应用场景举例说明** ```java // 创建单链表并执行基本操作 public class SingleLinkedList { private Node head; static class Node{ int value; Node next; public Node(int val){ this.value=val; this.next=null; } } public void insertAtEnd(int newValue){ if(head==null){ head=new Node(newValue); }else{ Node current=head; while(current.next!=null){ current=current.next; } current.next= new Node(newValue); } } @Override public String toString(){ StringBuilder sb=new StringBuilder(); Node temp=this.head; while(temp != null ){ sb.append(temp.value+" "); temp=temp.next; } return sb.toString().trim(); } } // 创建双向链表并展示其独特之处 public class DoublyLinkedList { private Node head; static class Node{ int value; Node prev; Node next; public Node(int val){ this.value=val; this.prev=null; this.next=null; } } public void append(int newData){ /* Implementation similar to single linked list but also sets previous pointers */ ... } public void reverseTraversal(){ System.out.println("Reversed List:"); Node lastNode=getTail(); while(lastNode!=null){ System.out.print(lastNode.value +" "); lastNode=lastNode.prev; } } private Node getTail(){ Node trav=head; if(trav == null)return null; while (trav.next != null ) trav = trav.next ; return trav; } } ``` --- #### 总结评价 综上所述可以看出虽然二者同属动态容器范畴但是在具体表现形态上有很大不同前者简单明快适合那些追求极致性能同时又不需要太多附加特性的场景;而后者的多功能性适应范围显然更为广泛尤其在面对复杂查询需求或者是希望获得更好的用户体验的产品设计中更是不可或缺的存在[^5]. ---
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