第2章线性表的基本使用及其cpp示例(第二章汇总,线性表都在这里)

2.1线性表的定义和特点

【类型定义:
*是n个元素的有限序列
*除了第一个元素没有直接前驱和最后一个没有直接后驱之外,其余的每个元素只有一个直接前驱和直接后驱;
(a1,a2…an)

【特征:
*有穷性:由有限个元素组成,元素个数表长度 n=0空表
(a1,a2…an),称下标i为线性表的位序

*有序性: 线性表元素之间存在严格次序关系(序偶关系)

*同一性:线性表属于同类数据元素组成,每一个元素都属于同一数据对象
eg:(A,12,b)不是线性表,不遵守同一性

2.1.2线性表抽象数据类型定义

ADT List{

//数据对象
D={ai|ai∈ElemSet,i=1,2…n, n>0}

//数据关系
R1={<ai-1,ai>|ai-1,ai∈D,i=2,…n}

//基本操作
1)InitList(&L)
将:初数化为空表
2)

}ADT list

【引用在什么情况下使用】

所用到的元素,哪个元素变化(带入数据或者 ),就在此元素前加 &
【eg】
1)InitList(&L)
将:初数化为空表
//表L初始化带入值,发生变化,故早L前加&

2.1.5 示例 *有序集合的合并

有序表:LA和LB,求合并递减有序LC

基本思路:
{若ai<=bi,则ci=bi
{
{若bi<ai,则ci=ai
//谁小就先吧他赋给c

算法时间复杂度:O(ListLength(LA))+O(ListLength(LB))

2.2.1线性表的顺序表示和实现------顺序映像

【顺序存储】在【查找时】的时间复杂度为【O(1)】,因为它的地址是连续的,只要知道首元素的地址,根据下标可以很快找到指定位置的元素
【插入和删除】操作由于可能要在插入前或删除后对元素进行移动,所以顺序存储的时间复杂度为【O(n)】。

1)初始化操作
思想:构造一个空表
设置表起始位置、表长及可用空间

#define LIST_INIT_SIZE 100
#define LISTINCREAMENT 10
typedef struct
{
ElemType *elem;   //定义个地址变量,使其后面能指向线性表占用的数组空间
int length;  // 线性表的长度
int listsize;  // 当前分配的存储容量
}SqList;//初始化操作
Status InitList_Sq(SqList &L)  //初始化
{ //构造一个空表
L.elem=(ElemType)malloc(LIST_INIT_SIZE*size of(ElemType));
if(!L.elem)  exit(OVERFLOW);  //存储分配失败
L.length=0;   //空表长度为0
L.listsize=LIST_INIT_SIZE;  //初始存储容量
return OK;}

2.2.3顺序表的插入

2)顺序插入操作

目的:在线性表L第i个元素前插入一个元素e

【基本思想
1)判断i是否在允许范围
2)存储空间是否已满
3)将第i个元素和后面的所有元素向后移动
4)新元素写在空出的第i个位置
5)线性表长度加1

【注意】
长度为n的顺序表第i个位置插入移动n-i+1个元素


Status ListInsert_Sq(SqList&L,int i,ElemType e){if(i<1||i>1.lenth+1)
return ERROR;   //插入位置不合法if(L.length>=L.listsize)
{
newbase=(ElemType*)realloc(L.elem,(LIST_INIT_SIZE+LISTINCREMENT)*sizeof(ElemType)); If(!newbase) exit(OVERFLOW);// 当前存储空间已满L.elem=newbase;              //新基址L.listsize+=LISTINCREMENT;  // 增加存储容量 
}     //判断空间足够q=&(L.elem[i-1]);   //q指向插入位置for(p=&(L.elem[L.elem-1]);p>-q;--q)
*(p+1)=*p;
*q=e;
++L.length;
return OK;
}

2.2.4顺序表的删除和插入

【基本思路
1)判断i是否在允许范围
2)将线性表的第i个元素给e
3)将第i个元素和后面的所有元素向前移动一个位置
4)线性表长度减1


Status ListDelete_Sq(SqList&L,int i,ElemType e){//删除第i个元素并用e返回值if(i<1||i>1.lenth+1)
return ERROR;   //删除位置不合法p=&(L.elem[i-1]);   //q指向插入位置
e=*p;
q=L.elem+L.length-1; //表尾元素位置
for(++p;p<=q;++p)
*(p-1)=*p;    //p-1指向p--L.length;
return OK;
}

【图】:平均移动次数

【查找操作】11:42

int LocateElem_Sq(SqList,ElseType e)
{
//查询第一个 满足条件的元素,若存在,返回位序,否则返回0;
int i;
i=1;
while (i<=L.length&&L.elem[i-1]!=e)
++i;
if(i<=L.length)
return i;
else return 0;
}// locateElem_Sqi<=L.length&&L.elem[i-1]!=e
i>L.length

【顺序结构优缺点14:15
【优点:
逻辑相邻,物理相邻
可随机存取一元素
存储空间使用紧凑
【缺点:
插入,删除需要移动大量元素
预先分配空间需按最大空间分配,利用不充分表难以扩充

【】线性表的合并问题
【图:例1】
基本思路:
1)初始化Lc为空表
2)分别从La和Lb取得当前元素ai和bi
3)若ai<bj,则将ai插入到Lc中,否则
bj插入到Lc中

代码:


Viod MergeList(SqList La.SqList ,lb.SqList &Lc)
{
Pa=La.elem;
Pb=Lb.elem;
Lc.listsize=Lc.length=La.elem+Lb.elem;
Pc=Lc.elem=(ElemType*)malloc(Lc.listsize* sizeof(ElemType));
if(!Lc.elem)
exit(overflow);
Pa_last=La.elem+La.length-1;
Pb_last=Lb.elem+Lb.length-1;
while(pa<=pa_last&&pb<=pb_last)
{
if(*pa<= *pb)
*pc++= *pa++;
else
*pc++= *pb++;
}
while(pa<=pa_last)
*pc++= *pa++;
while (pb<=pb_last)
*pc++= *pb++;
}

2.3线性表的链式表现与实现

2.3.1.1单链表
【特点:
*用一组任意的存储单元存储线性表的数据元素
*利用指针实现用不同相邻的存储单元存放逻辑上相邻的元素
*每个元素ai,除存储本身信息外,还存储其直接后继的元素(后一个元素的地址)
*结点:数据元素ai的存储映像
{数据域:数据元素本身
指针域:指示直接后继的存储位置

【头指针、头结点、第一个元素结点
*头指针:以线性表的第一个数据元素a1的存数地址作为线性表的地址,称为线性表的头指针

*头结点:为了操作方便,在第一个结点前虚加一个“头结点”,指向头结点的指针为链表的头指针(相当于第一个呀元素的结点)

代码:

typedef struct LNode{ElemType data;struct LNode*next;
}LNode,*LinkList    //LNode是结构体的别名,LinkList为指针变量
//相当于:typedef LNode *LinkList

2.3.1.2 单链表存储结构实现

格式: data | next

【p指向数据域
(*p).data=10;
或:p->data=10; //表示p指向结点的数据域

(*p).next=10
或 p->next //表示p指向结点的指针域

*生成一个LNode型新结点:
p=(LinkList)malloc(sizeof(LNode));

*系统回收p的结点
free(p)

*单链表特点:
1)是它是一种动态结构,整个存储空间为多个链表共用
2)不需预先分配空间
3)指针占用额外存储空间
4)不能随机存取,查找速度慢

【基本操作:
1)GetElem(L,i,&e) //第i个元素用e带回结果
2)ListInsert(&L,i,e) //插入
3)ListDelete(&L,i,e) //删除
4)CreateList_L(&L,n) //创建线性表

2.3.1.3单链表的查找

【操作:
1)GetElem(L,i,&e)

【基本思想:
1)令p为指针变量,首先指向第一个结点,变量 j为计数器
2)依次向后查找,循环结束条件:p为空或j>=i;
3)找到用e返回第i个值

【代码:


Status GetElem_L(LinkList L,int i,ElemType&e)
{  //L是链表的头指针(对带头结点的链表),以e返回dii个值
p=L->next;
j=1;while (p&&j<i)
{p=p->next;  ++j;if(!p||j>i)return ERROR;e=p->data;  //取第i个值
return OK;
}

2.3.1.4单链表的插入操作

2)ListInsert(&L,i,e)
在线性表第i个元素之前插入一个元素e,元素e存在结点s中

【思路:在第i项的前加一个接结点,i-1项的地址域和e的数据域连接


int ListInsert_L(LinkList&L,int i,int e)
{
LNode*p,*s;int j;   //或:LinkList p,s;    等同
p=L;j=0; //计数器
while(p&&j<i-1)
{p=p->next;++j;}
if(!p||j>i-1)
return ERROR;
s=LinkList()malloc(sizeof(LNode)); //新结点
s->data=e;
s->next=p->next;
p->next=s;
return OK;
}

2.3.1.5 单链表的删除

【思路:删除第i个元素,并保存到元素e中

【代码:

int ListDelete_L(LinkList&L,int i,ElemType&e)
{
LNode*p,*q;int j;
p=L;j=0;
while(p->next||j<i-1)       //????我觉得应该是(!p||j>i-1)
{p=p->next;++j}
if(p->next==NULL||j>i-1)
return ERROR;    //删除位置不合理
q=p->next;  //q指向被删除结点
p->next=q->next;  //
e=q->data;   //取出第i个结点的数据域
free(q);    // 释放dii个结点的内存
return OK;
}   

2.3.1.6单链表的建立

【头插法建立有头结点的单链表
可理解为:每次插一个新的头
【图】
L=(Linklist)malloc(sizeof(LNode)) //sizeof后面跟数据类型(LNode)
L->next=NULL

【图】
p=(LinkList)malloc(sizeof(LNode))
scanf("%f",&(p->data)); //

【整个代码:

void CreateList_L(LinkList &L,int n)
{
LNode*p;int i;
L=(LinkList)malloc(sizeof(Lnode));
L->next=NULL;
for(i=n;i>0;--i)
{ p=(Listlink)malloc(sizeof(LNode));
scanf("%d",&p->data);
p->next=L->next;
l->next=p     //这里的=都可以理解为“给了,到,指向”
}
}

2.3.1.7有序单链表的合并

例:线性表LA和LB中数据元素按照废帝剑有序排列,将LA和LB合并为一个新的LC,且LC中的数据元素仍按照递减有序排列

在这里插入图片描述
【代码:


void MergeList_L(LinkList&La,LinkList&Lb,LinkList&Lc)
{// 归并La和Lb得到Lc,Lc也按照降序排列
LinkList pa,pb,pc;
pa=La->next;pb=Lb->next;
Lc=pc=La;  //用La的头结点作为Lc的头结点
while(pa&&pb)
{
if(pa->data<=pb->data)
{
pc->next=pa; pc=pa;pa=pa->next;
}
else
{
pc->next=pb;pc=pb;pb=pb->next;
}
pc->next=pa?pa:pb;  //若a不为空则指向pa,否则指向pb
free(Lb);
}

2.3.1.8静态链表

定义:用数组描述的链表叫静态链表

目的:为在不设指针类型的高级程序语言中使用链表结构

存储结构:

#define MAXSIZE 100 //静态链表最大长度
typedef struct{
ElemType data;
int cur;  //游标,代替指针的结点,表示数组中的位置
}component,SLinkList[MAXSIZE]

在这里插入图片描述

2.3.2循环链表

循环链表是单链表的变形

循环链表最后一个结点link指针部位NULL,而是指向表的前端

为简化操作,在循环链表往往插入头结点

特点:
只要知道表中一结点的地址,就可以搜索到所有其他结点的地址

操作的时间复杂度:
表尾插入,时间复杂度:O(1)
表尾删除:O(n)
表头插入,同表尾
表头删除:O(1)

2.3.3双向链表 插入、删除

指在前驱和后驱方向都能游历(遍历)的线性链表

双向链表的每个结点有两个指针域
【结构】:prior data next

双链表通常采用带头结点的循环链表形式
在这里插入图片描述

可理解为首位相接的数据“圈”,每个结点都可以向前或向后走

【结点指向】
在这里插入图片描述

【插入操作】:

1.分配空间
2.断开与连接

在这里插入图片描述
【操作算法


status ListInsert_DuL(DuLinkList &L,int i,ElemType e)
{if(!p=GetElem_Dul(L,i))  
return ERROR;  //相当于嵌套第i个结点的指针if(!(s=(DuLinkList)malloc(sizeof(DuLNode))))
return ERROR   //空间分配失败
s-data=e;      //将数据放入新结点的数据图
s-prior=p-prior;  //将p的前驱结点指针放入新结点的前向指针域
s-next=p;      //将p放入新结点的反向指针域
p-prior-next=s;   //修改p的前驱结点的反向指针
p-prior=s;    // 修改p的前驱指针
return OK;
}   ListInsert_DuL
【删除操作】

1.p指向目标结点
2.将目标结点的前一个结点与后一个连接(跳过中间那个)
3释放内存

在这里插入图片描述
【操作算法】
status ListDelete_Dul(DuLinkList &L,int i,ElemType &e)
{ 删除头结点的双向循环链表L中第i个元素返回,1=i=表长
if(!p=GetElem_Dul(L,i))
return ERROR; 查找第i个指针
e=p-data; 将p指向结点数据域中的值取出
p-prior-next=p-next; p前一个结点的后驱指向p的后一个结点
p-next-prior=p-prior; 后指向前
free§; 释放p
return OK;

} ListDelete_DuL

【 算法评价:T(n)=O(n) 】

!注意:如何选择合适的存储结构
链表只能顺序存取,在单链表的最后一个元素后插入元素,需遍历整个链表

在这里插入图片描述

频繁插入删除用链式存储
偶尔 用顺序存储

2.4一元多项式的表示及相加

  • n阶多项式的表示:
    n阶多项式有n+1项
    指数按升幂排序

【 优点:

  • 多项式的项数可以动态增长,不存在存储溢出的问题
  • 插入,删除方便,不移动元素

【表示:
有两个数据域,一个地址域

在这里插入图片描述
【一元多项式的建立算法:


void polycreate(Polylist &head)
{
polylist rear,s;  int c,e;
head=(Polynode *)malloc(sizeof(POlynode));
rear=head;      //尾插法
scanf("%d,%d",&c,&e);
while(c!=0){ s=(Polynode *)malloc(sizeof(Polynode));s->coef=c; s->exp=e;rear->next=s;  rear=s;scanf("%d,%d",&c,&e);rear->next=NULL;}
}

【一元多项式相加:

  • 扫描两个多项式
    {若当前被检测项指数相等,系数相加。 和不为0,则结果加到结果多项式

    {若检查指数不等,将指数小的加到结果多项式,然后往后移

  • 若一个多项式检测完,将另一个多项式剩余全部复制到结果多项式

【设计思想:

在这里插入图片描述
算法:

void polyadd(Polylist polya,Polylist polyb)
{
Polynode *pa,*pb,*pc,*r;
int sum;
pa=polya->next;
pb=polyb->next;
pc=polyb;   //pre指向和多项式的尾结点while(pa!=NULL&&pb!=NULL)
{
if(pa->exp<pb->exp){pa->next=pa; pc=pa;pa=pa->next;}    //【1.】 pa指数小于pb指数,把pa给了pc
else if(pa->exp==pb->exp){sum=pa->coef+pb->cofe;if(sum!=0)                                            //【3.】指数相等,但系数sum不是0{pa->cofe=sum; pc->next=pa;pc=pa; pa=pa->next;r=pb; pb=pb->next ;  free(r);}else                                                    //【4.】指数相等,系数sum为0{r=pa; pa=pa->next;free(r);r=pb;pb=pb->next;free(r);}}else{pc->next=pb; pc=pb;pb=pb->next;}    // 【2.】pb指数小于pa指数,把pb给了pcif(pa!=NULL)pc->next=pa;
else pc->next=pb;
}} 

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