《数据结构与算法之美》笔记 -链表

最新推荐文章于 2019-09-24 21:24:02 发布

winston600

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本文深入探讨链表的基本概念，包括单链表、循环链表和双向链表，对比数组与链表的操作特性，如插入、删除的时间复杂度。同时，解析了链表操作中的常见陷阱，如指针丢失和内存泄漏，并介绍了如何利用“哨兵”节点简化边界条件处理。此外，文章还概述了三种主要的缓存淘汰策略：FIFO、LFU和LRU，重点解释了LRU算法的工作原理及其在实际场景中的应用。

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typedef struct node {
    int data;
    struct node *next;
}NODE;

数组和链表都是线性表。数组必须是连续空间，而链表无所谓。
链表：单链表、循环链表、双向链表
数组：插入、删除的时间复杂度是O(n)，随机访问的时间复杂度是O(1)。
链表：插入、删除的时间复杂度是O(1)，随机访问的时间复杂端是O(n)。
缓存淘汰策略：先进先出策略 FIFO（First In，First Out)，最少使用策略 LFU（Least Frequently Used）、最近最少使用策略 LRU（Least Recently Used）。

LRU：LRU（Least recently used，最近最少使用）算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据，其核心思想是“如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高”。

一、理解指针或引用的含义

含义：将某个变量（对象）赋值给指针（引用），实际上就是就是将这个变量（对象）的地址赋值给指针（引用）。
示例：
p—>next = q; 表示p节点的后继指针存储了q节点的内存地址。
p—>next = p—>next—>next; 表示p节点的后继指针存储了p节点的下下个节点的内存地址。

二、警惕指针丢失和内存泄漏（单链表）

插入节点
在节点a和节点b之间插入节点x，b是a的下一节点，，p指针指向节点a，则造成指针丢失和内存泄漏的代码：p—>next = x;x—>next = p—>next; 显然这会导致x节点的后继指针指向自身。
正确的写法是2句代码交换顺序，即：x—>next = p—>next; p—>next = x;
删除节点
在节点a和节点b之间删除节点b，b是a的下一节点，p指针指向节点a：p—>next = p—>next—>next;

三、利用“哨兵”简化实现难度

什么是“哨兵”？
链表中的“哨兵”节点是解决边界问题的，不参与业务逻辑。如果我们引入“哨兵”节点，则不管链表是否为空，head指针都会指向这个“哨兵”节点。我们把这种有“哨兵”节点的链表称为带头链表，相反，没有“哨兵”节点的链表就称为不带头链表。
未引入“哨兵”的情况
如果在p节点后插入一个节点，只需2行代码即可搞定：

new_node—>next = p—>next;
p—>next = new_node;

但，若向空链表中插入一个节点，则代码如下：

if(head == null){
	head = new_node;
}

如果要删除节点p的后继节点，只需1行代码即可搞定：

p—>next = p—>next—>next;

但，若是删除链表的最有一个节点（链表中只剩下这个节点），则代码如下：

if(head—>next == null){
	head = null;
}

从上面的情况可以看出，针对链表的插入、删除操作，需要对插入第一个节点和删除最后一个节点的情况进行特殊处理。这样代码就会显得很繁琐，所以引入“哨兵”节点来解决这个问题。

引入“哨兵”的情况
“哨兵”节点不存储数据，无论链表是否为空，head指针都会指向它，作为链表的头结点始终存在。这样，插入第一个节点和插入其他节点，删除最后一个节点和删除其他节点都可以统一为相同的代码实现逻辑了。
“哨兵”还有哪些应用场景？
这个知识有限，暂时想不出来呀！但总结起来，哨兵最大的作用就是简化边界条件的处理。

四、重点留意边界条件处理

经常用来检查链表是否正确的边界4个边界条件：