数据结构-线性表

最新推荐文章于 2022-08-29 14:38:18 发布

Mavies123

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文章标签：数据结构

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_57364319/article/details/120934510

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线性表：零个或多个数据元素的有限序列

它是一个序列。元素之间世有顺序的，第一元素无前驱，最后一个元素无后继，其他每个元素都有且仅有一个前驱和后继。

用数学语言定义：

若将线性表记为 $\, \, \,$ $(a_{1},...,a_{i-1},a_{i},a_{i+1},...a_{n})$ ,则表中 $a_{i-1}$ 是 $a_{i}$ 的直接前驱元素， $a_{i+1}$ 是 $a_{i}$ 的直接后继元素，数据元素之间的关系是一对一关系。如图所示。

所以线性表元素的个数 $n(n\geq 0)$ 为线性表的长度，当 $n=0$ 时，称为空表。

在非空表中的每个元素都有一个确定的位置，如 $a_{1}$ 是第一个数据元素， $a_{n}$ 是最后一个数据元素， $a_{i}$ 是第 $i$ 个数据元素，称 $i$ 为数据元素 $a_{i}$ 在线性表中的位序。

线性表的基本操作：

        InitList(*L)        //初始化操作，建立一个空的线性表
        ListEmpty(L)        //若线性表为空，返回true，否则返回false
        ClearList(*L)        //将线性表清空
        GetELem(L,i,*e)        //将线性表清空

LocateElem(L,e) //在线性表L中查找与给定e相等的元素，如果查找成功，返回该元素在表中的序号；否则，返回0表示失败。

ListInsert(*L,i,e) //在线性表L中的第i个位置插入新元素e

ListDelete(*L,i,*e) //删除线性表L中第i个位置元素，用e返回其值

ListLength(L) //返回线性表L的元素个数

线性表的顺序存储结构：

线性表的顺序存储结构，指的是用一段地址连续的存储单元依次存储线性表的数据元素。线性表中的每个数据元素的类型都相同，所以可以用一维数组来实现顺序存储结构，即把第一个数据元素存到数组下标为0的位置中，接着把相邻的元素存储在数组中相邻位置。

地址计算方法：

在C语言中数组是从0开始，线性表的第 $i$ 个元素要存储在数组下标为 $i-1$ 的位置。

由于每个数据元素，不管是整型、实型还是字符型，都是需要占用一定的存储单元空间，假设占用的是 $c$ 个存储单元，那么线性表中第i+1个数据元素存储位置和第i个数据元素存储位置满足（LOC表示获得存储位置的函数）：

$LOC(a_{i})=LOC(a_{i})+c$

对于第i个数据元素 $a_{i}$ 的存储位置可由 $a_{1}$ 推算得出：

$LOC(a_{i})=LOC(a_{1})+(i-1)\cdot c$

顺序存储结构的插入与删除：

插入算法：

如果插入位置不合理，抛出异常；
如果线性表长度大于等于数组长度，则抛出异常或动态增加容量；
从最后一个元素开始向前遍历到第i个位置，分别将它们都向后移动一个位置；
将要插入的位置填入位置i处；
表长加1。

Status ListInsert(SqList *L,int i,ElemType e)
{ 
	int k;
	if (L->length==MAXSIZE)  /* 顺序线性表已经满 */
		return ERROR;
	if (i<1 || i>L->length+1)/* 当i比第一位置小或者比最后一位置后一位置还要大时 */
		return ERROR;

	if (i<=L->length)        /* 若插入数据位置不在表尾 */
	{
		for(k=L->length-1;k>=i-1;k--)  /* 将要插入位置之后的数据元素向后移动一位 */
			L->data[k+1]=L->data[k];
	}
	L->data[i-1]=e;          /* 将新元素插入 */
	L->length++;

	return OK;
}

删除操作：

如果删除位置不合理，抛出异常；
取出删除元素；
从删除元素位置开始遍历到最后一个元素位置，分别将它们都向前移动一个位置；

表长减1.

Status ListDelete(SqList *L,int i,ElemType *e) 
{ 
    int k;
    if (L->length==0)               /* 线性表为空 */
		return ERROR;
    if (i<1 || i>L->length)         /* 删除位置不正确 */
        return ERROR;
    *e=L->data[i-1];
    if (i<L->length)                /* 如果删除不是最后位置 */
    {
        for(k=i;k<L->length;k++)/* 将删除位置后继元素前移 */
			L->data[k-1]=L->data[k];
    }
    L->length--;
    return OK;
}

线性表顺序存储结构的优缺点：

优点：

无须为表中元素之间的逻辑关系而增加额外的存储空间
可以快速地存取表中任一位置地元素

缺点：

插入和删除操作需要移动大量元素；
当线性表长度变化较大时，难以确定存储空间的容量；
造成存储空间的碎片.

代码：


#include "stdio.h"    

#include "stdlib.h"  
#include "math.h"  
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define MAXSIZE 20          /* 存储空间初始分配量 */
typedef int ElemType;       /* ElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */
typedef struct
{
    ElemType data[MAXSIZE]; /* 数组，存储数据元素 */
    int length;             /* 线性表当前长度 */
}SqList;

typedef int Status;         /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */


Status visit(ElemType c)
{
    printf("%d ",c);
    return OK;
}

/* 初始化顺序线性表 */
Status InitList(SqList *L) 
{ 
    L->length=0;
    return OK;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在。操作结果：若L为空表，则返回TRUE，否则返回FALSE */
Status ListEmpty(SqList L)
{ 
	if(L.length==0)
		return TRUE;
	else
		return FALSE;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在。操作结果：将L重置为空表 */
Status ClearList(SqList *L)
{ 
    L->length=0;
    return OK;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在。操作结果：返回L中数据元素个数 */
int ListLength(SqList L)
{
	return L.length;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在，1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果：用e返回L中第i个数据元素的值,注意i是指位置，第1个位置的数组是从0开始 */
Status GetElem(SqList L,int i,ElemType *e)
{
    if(L.length==0 || i<1 || i>L.length)
            return ERROR;
    *e=L.data[i-1];

    return OK;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果：返回L中第1个与e满足关系的数据元素的位序。 */
/* 若这样的数据元素不存在，则返回值为0 */
int LocateElem(SqList L,ElemType e)
{
    int i;
    if (L.length==0)
            return 0;
    for(i=0;i<L.length;i++)
    {
            if (L.data[i]==e)
                    break;
    }
    if(i>=L.length)
            return 0;

    return i+1;
}


/* 初始条件：顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L)， */
/* 操作结果：在L中第i个位置之前插入新的数据元素e，L的长度加1 */
Status ListInsert(SqList *L,int i,ElemType e)
{ 
	int k;
	if (L->length==MAXSIZE)  /* 顺序线性表已经满 */
		return ERROR;
	if (i<1 || i>L->length+1)/* 当i比第一位置小或者比最后一位置后一位置还要大时 */
		return ERROR;

	if (i<=L->length)        /* 若插入数据位置不在表尾 */
	{
		for(k=L->length-1;k>=i-1;k--)  /* 将要插入位置之后的数据元素向后移动一位 */
			L->data[k+1]=L->data[k];
	}
	L->data[i-1]=e;          /* 将新元素插入 */
	L->length++;

	return OK;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在，1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果：删除L的第i个数据元素，并用e返回其值，L的长度减1 */
Status ListDelete(SqList *L,int i,ElemType *e) 
{ 
    int k;
    if (L->length==0)               /* 线性表为空 */
		return ERROR;
    if (i<1 || i>L->length)         /* 删除位置不正确 */
        return ERROR;
    *e=L->data[i-1];
    if (i<L->length)                /* 如果删除不是最后位置 */
    {
        for(k=i;k<L->length;k++)/* 将删除位置后继元素前移 */
			L->data[k-1]=L->data[k];
    }
    L->length--;
    return OK;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果：依次对L的每个数据元素输出 */
Status ListTraverse(SqList L)
{
	int i;
    for(i=0;i<L.length;i++)
            visit(L.data[i]);
    printf("\n");
    return OK;
}

/*将所有的在线性表Lb中但不在La中的数据元素插入到La中*/
void unionL(SqList *La,SqList Lb)
{
	int La_len,Lb_len,i;
	ElemType e;                        /*声明与La和Lb相同的数据元素e*/
	La_len=ListLength(*La);            /*求线性表的长度 */
	Lb_len=ListLength(Lb);
	for (i=1;i<=Lb_len;i++)
	{
		GetElem(Lb,i,&e);              /*取Lb中第i个数据元素赋给e*/
		if (!LocateElem(*La,e))        /*La中不存在和e相同数据元素*/
			ListInsert(La,++La_len,e); /*插入*/
	}
}

int main()
{
        
    SqList L;
	SqList Lb;
    
    ElemType e;
    Status i;
    int j,k;
    i=InitList(&L);
    printf("初始化L后：L.length=%d\n",L.length);
    for(j=1;j<=5;j++)
            i=ListInsert(&L,1,j);
    printf("在L的表头依次插入1～5后：L.data=");
    ListTraverse(L); 

    printf("L.length=%d \n",L.length);
    i=ListEmpty(L);
    printf("L是否空：i=%d(1:是 0:否)\n",i);

    i=ClearList(&L);
    printf("清空L后：L.length=%d\n",L.length);
    i=ListEmpty(L);
    printf("L是否空：i=%d(1:是 0:否)\n",i);

    for(j=1;j<=10;j++)
            ListInsert(&L,j,j);
    printf("在L的表尾依次插入1～10后：L.data=");
    ListTraverse(L); 

    printf("L.length=%d \n",L.length);

    ListInsert(&L,1,0);
    printf("在L的表头插入0后：L.data=");
    ListTraverse(L); 
    printf("L.length=%d \n",L.length);

    GetElem(L,5,&e);
    printf("第5个元素的值为：%d\n",e);
    for(j=3;j<=4;j++)
    {
            k=LocateElem(L,j);
            if(k)
                    printf("第%d个元素的值为%d\n",k,j);
            else
                    printf("没有值为%d的元素\n",j);
    }
    

    k=ListLength(L); /* k为表长 */
    for(j=k+1;j>=k;j--)
    {
            i=ListDelete(&L,j,&e); /* 删除第j个数据 */
            if(i==ERROR)
                    printf("删除第%d个数据失败\n",j);
            else
                    printf("删除第%d个的元素值为：%d\n",j,e);
    }
    printf("依次输出L的元素：");
    ListTraverse(L); 

    j=5;
    ListDelete(&L,j,&e); /* 删除第5个数据 */
    printf("删除第%d个的元素值为：%d\n",j,e);

    printf("依次输出L的元素：");
    ListTraverse(L); 

	//构造一个有10个数的Lb
	i=InitList(&Lb);
    for(j=6;j<=15;j++)
            i=ListInsert(&Lb,1,j);

	unionL(&L,Lb);

	printf("依次输出合并了Lb的L的元素：");
    ListTraverse(L); 

    return 0;
}