數(shù)據(jù)就是指能夠被計算機識別、存儲和加工處理的信息的載體。
數(shù)據(jù)元素是數(shù)據(jù)的基本單位,有時一個數(shù)據(jù)元素可以由若干個數(shù)據(jù)項組成。數(shù)據(jù)項是具有獨立含義的最小標識單位。如整數(shù)這個集合中,10這個數(shù)就可稱是一個數(shù)據(jù)元素.又比如在一個數(shù)據(jù)庫(關(guān)系式數(shù)據(jù)庫)中,一個記錄可稱為一個數(shù)據(jù)元素,而這個元素中的某一字段就是一個數(shù)據(jù)項。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義雖然沒有標準,但是它包括以下三方面內(nèi)容:邏輯結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)、和對數(shù)據(jù)的操作。這一段比較重要,我用自己的語言來說明一下,大家看看是不是這樣。
比如一個表(數(shù)據(jù)庫),我們就稱它為一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它由很多記錄(數(shù)據(jù)元素)組成,每個元素又包括很多字段(數(shù)據(jù)項)組成。那么這張表的邏輯結(jié)構(gòu)是怎么樣的呢? 我們分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是從結(jié)點(其實也就是元素、記錄、頂點,雖然在各種情況下所用名字不同,但說的是同一個東東)之間的關(guān)系來分析的,對于這個表中的任一個記錄(結(jié)點),它只有一個直接前趨,只有一個直接后繼(前趨后繼就是前相鄰后相鄰的意思),整個表只有一個開始結(jié)點和一個終端結(jié)點,那我們知道了這些關(guān)系就能明白這個表的邏輯結(jié)構(gòu)了。
而存儲結(jié)構(gòu)則是指用計算機語言如何表示結(jié)點之間的這種關(guān)系。如上面的表,在計算機語言中描述為連續(xù)存放在一片內(nèi)存單元中,還是隨機的存放在內(nèi)存中再用指針把它們鏈接在一起,這兩種表示法就成為兩種不同的存儲結(jié)構(gòu)。(注意,在本課程里,我們只在高級語言的層次上討論存儲結(jié)構(gòu)。)
第三個概念就是對數(shù)據(jù)的運算,比如一張表格,我們需要進行查找,增加,修改,刪除記錄等工作,而怎么樣才能進行這樣的操作呢? 這也就是數(shù)據(jù)的運算,它不僅僅是加減乘除這些算術(shù)運算了,在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,這些運算常常涉及算法問題。
弄清了以上三個問題,就可以弄清數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這個概念。
在順序表中實現(xiàn)的基本運算主要討論了插入和刪除兩種運算。相關(guān)的算法我們通過練習掌握。對于順序表的插入和刪除運算,其平均時間復雜度均為O(n)。
--------------------------------------------------------------------------------
線性表的鏈式存儲結(jié)構(gòu)。它與順序表不同,鏈表是用一組任意的存儲單元來存放線性表的結(jié)點,這組存儲單元可以分布在內(nèi)存中任何位置上。因此,鏈表中結(jié)點的邏輯次序和物理次序不一定相同。所以為了能正確表示結(jié)點間的邏輯關(guān)系,在存儲每個結(jié)點值的同時,還存儲了其后繼結(jié)點的地址信息(即指針或鏈)。這兩部分信息組成鏈表中的結(jié)點結(jié)構(gòu)。
一個單鏈表由頭指針的名字來命名。
對于單鏈表,其操作運算主要有建立單鏈表(頭插法、尾插法和在鏈表開始結(jié)點前附加一個頭結(jié)點的算法)、查找(按序號和按值)、插入運算、刪除運算等。以上各運算的平均時間復雜度均為O(n).其主要時間是耗費在查找操作上。
--------------------------------------------------------------------------------
循環(huán)鏈表是一種首尾相接的鏈表。也就是終端結(jié)點的指針域不是指向NULL空而是指向開始結(jié)點(也可設(shè)置一個頭結(jié)點),形成一個環(huán)。采用循環(huán)鏈表在實用中多采用尾指針表示單循環(huán)鏈表。這樣做的好處是查找頭指針和尾指針的時間都是O(1),不用遍歷整個鏈表了。
判別鏈表終止的條件也不同于單鏈表,它是以指針是否等于某一指定指針如頭指針或尾指針來確定。
--------------------------------------------------------------------------------
雙鏈表就是雙向鏈表,就是在單鏈表的每個結(jié)點里再增加一個指向其直接前趨的指針域prior,這樣形成的鏈表就有兩條不同方向的鏈。使得從已知結(jié)點查找其直接前趨結(jié)點可以和查找其直接后繼結(jié)點的時間一樣縮短為O(1)。
雙鏈表一般也由頭指針head惟一確定。雙鏈表也可以頭尾相鏈接構(gòu)成雙(向)循環(huán)鏈表。
--------------------------------------------------------------------------------
關(guān)于順序表和鏈表的比較,請看下表:
具體要求 順序表 鏈表
基于空間 適于線性表長度變化不大,易于事先確定其大小時采用。 適于當線性表長度變化大,難以估計其存儲規(guī)模時采用。
基于時間 由于順序表是一種隨機存儲結(jié)構(gòu),當線性表的操作主要是查找時,宜采用。 鏈表中對任何位置進行插入和刪除都只需修改指針,所以這類操作為主的線性表宜采用鏈表做存儲結(jié)構(gòu)。若插入和刪除主要發(fā)生在表的首尾兩端,則宜采用尾指針表示的單循環(huán)鏈表。
第二章 線性表習題及答案
--------------------------------------------------------------------------------
一、基礎(chǔ)知識題
(答案及點評) 2.1 試描述頭指針、頭結(jié)點、開始結(jié)點的區(qū)別、并說明頭指針和頭結(jié)點的作用。
一、基礎(chǔ)知識題
2.1 答:
開始結(jié)點是指鏈表中的第一個結(jié)點,也就是沒有直接前趨的那個結(jié)點。
鏈表的頭指針是一指向鏈表開始結(jié)點的指針(沒有頭結(jié)點時),單鏈表由頭指針唯一確定,因此單鏈表可以用頭指針的名字來命名。
頭結(jié)點是我們?nèi)藶榈卦阪湵淼拈_始結(jié)點之前附加的一個結(jié)點。有了頭結(jié)點之后,頭指針指向頭結(jié)點,不論鏈表否為空,頭指針總是非空。而且頭指針的設(shè)置使得對鏈表的第一個位置上的操作與在表其他位置上的操作一致(都是在某一結(jié)點之后)。
--------------------------------------------------------------------------------
(答案及點評) 2.2 何時選用順序表、何時選用鏈表作為線性表的存儲結(jié)構(gòu)為宜?
2.2 答:
在實際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)具體問題的要求和性質(zhì)來選擇順序表或鏈表作為線性表的存儲結(jié)構(gòu),通常有以下幾方面的考慮:
1.基于空間的考慮。當要求存儲的線性表長度變化不大,易于事先確定其大小時,為了節(jié)約存儲空間,宜采用順序表;反之,當線性表長度變化大,難以估計其存儲規(guī)模時,采用動態(tài)鏈表作為存儲結(jié)構(gòu)為好。
2.基于時間的考慮。若線性表的操作主要是進行查找,很少做插入和刪除操作時,采用順序表做存儲結(jié)構(gòu)為宜;反之, 若需要對線性表進行頻繁地插入或刪除等的操作時,宜采用鏈表做存儲結(jié)構(gòu)。并且,若鏈表的插入和刪除主要發(fā)生在表的首尾兩端,則采用尾指針表示的單循環(huán)鏈表為宜。
--------------------------------------------------------------------------------
(答案及點評) 2.3 在順序表中插入和刪除一個結(jié)點需平均移動多少個結(jié)點?具體的移動次數(shù)取決于哪兩個因素?
2.3.答:
在等概率情況下,順序表中插入一個結(jié)點需平均移動n/2個結(jié)點。刪除一個結(jié)點需平均移動(n-1)/2個結(jié)點。具體的移動次數(shù)取決于順序表的長度n以及需插入或刪除的位置i。i越接近n則所需移動的結(jié)點數(shù)越少。
--------------------------------------------------------------------------------
(答案及點評) 2.4 為什么在單循環(huán)鏈表中設(shè)置尾指針比設(shè)置頭指針更好?
2.4. 答:
尾指針是指向終端結(jié)點的指針,用它來表示單循環(huán)鏈表可以使得查找鏈表的開始結(jié)點和終端結(jié)點都很方便,設(shè)一帶頭結(jié)點的單循環(huán)鏈表,其尾指針為rear,則開始結(jié)點和終端結(jié)點的位置分別是rear->next->next 和 rear, 查找時間都是O(1)。
北京 | 天津 | 上海 | 江蘇 | 山東 |
安徽 | 浙江 | 江西 | 福建 | 深圳 |
廣東 | 河北 | 湖南 | 廣西 | 河南 |
海南 | 湖北 | 四川 | 重慶 | 云南 |
貴州 | 西藏 | 新疆 | 陜西 | 山西 |
寧夏 | 甘肅 | 青海 | 遼寧 | 吉林 |
黑龍江 | 內(nèi)蒙古 |