数据结构：链表

概述

• 链表是一种线性数据结构，它通过指针将一系列节点连接起来，每个节点包含数据和指向下一个节点的引用。
• 资料：https://pan.quark.cn/s/43d906ddfa1b

一、链表的核心特点

1. 非连续存储：节点在内存中可以分散存储，无需占用连续空间。
2. 顺序访问：只能通过前一个节点访问下一个节点，无法直接索引，时间复杂度为 O(n)。
3. 动态大小：无需预先指定长度，可根据需要动态添加或删除节点。
4. 元素异构：节点数据可以是不同类型（部分语言支持，如 Python）。

二、链表的基本操作

1. 访问元素

需从表头开始遍历，直到找到目标节点，时间复杂度 O(n)。

class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = None

# 遍历链表
def traverse(head):
    current = head
    while current:
        print(current.data)
        current = current.next

2. 插入元素

• 头部插入：创建新节点，指向原表头，时间复杂度 O(1)。
• 中间插入：找到插入位置的前一个节点，修改指针指向，时间复杂度 O(n)。
• 尾部插入：遍历到表尾，将最后一个节点的指针指向新节点，时间复杂度 O(n)。

3. 删除元素

• 头部删除：直接将表头指向第二个节点，时间复杂度 O(1)。
• 中间删除：找到删除位置的前一个节点，修改指针跳过目标节点，时间复杂度 O(n)。
• 尾部删除：遍历到倒数第二个节点，将其指针置为 None，时间复杂度 O(n)。

4. 查找元素

遍历链表，比较节点数据，时间复杂度 O(n)。

三、链表的优缺点

优点

• 动态扩容：无需预先分配内存，可灵活添加节点。
• 插入删除高效：仅需修改指针，不涉及元素移动（除遍历外）。
• 空间利用率高：仅存储必要的节点数据和指针，无冗余空间。

缺点

• 访问效率低：无法直接索引，需遍历查找。
• 内存开销大：每个节点需额外存储指针。
• 操作复杂：插入删除时需维护指针关系，容易出错。

四、链表的常见类型

1. 单链表：每个节点仅指向下一个节点，只能单向遍历。
2. 双链表：每个节点同时指向前一个和后一个节点，支持双向遍历。
3. 循环链表：最后一个节点指向表头，形成闭环，可循环遍历。

五、链表的应用场景

1. 频繁插入删除的场景（如链表式队列、栈）。
2. 元素数量不确定的场景（如动态数据存储）。
3. 内存碎片较多的场景（如嵌入式系统）。

六、数组与链表的对比

特性	数组	链表
存储方式	连续内存	非连续内存
访问效率	O(1)（随机访问）	O(n)（顺序访问）
插入删除效率	O(n)（需移动元素）	O(1)（仅修改指针）
空间利用率	高（无冗余指针）	低（需存储指针）
动态扩容	不支持（静态数组）	支持（动态添加节点）
适用场景	频繁访问、元素固定	频繁插入删除、元素动态

七、总结

链表是一种灵活的线性数据结构，核心优势是动态扩容和高效的插入删除操作，适合处理元素数量不确定且需频繁修改的场景。若需频繁访问元素，建议使用数组。