线性表
文章目录
- 线性表
- 1、线性结构
- 2、线性表
- 2.1 线性表定义
- 2.2 类型定义
- 2.2 顺序存储结构(Sequence List)
- 2.3 链式存储结构
- 2.3.1 单链表
- 2.3.2 循环链表
- 2.3.3 双链表
- 2.3.4 单链表、循环链表、双向链表的时间效率比较
- 2.3.5 链式存储结构优缺点
- 2.4 顺序表和链表比较
- 3、应用
1、线性结构
线性结构是一个数据元素的有序(次序上的有序)集
基本特征:
- 集合中必存在唯一的一个“第一元素”;
- 集合中必存在唯一的一个“最后元素”;
- 除最后元素外,均有唯一的后继;
- 除第一元素外,均有唯一的前驱;
2、线性表
2.1 线性表定义
线性表是具有相同特性的数据元素的一个有限序列 (n ≥ 0)
2.2 类型定义
抽象数据类型线性表的定义如下:
ADT List {
数据对象: D= { ai, ai ∈ ElemSet, i= 1,2, …, n, n≥0} {D为线性表的表长,n=0时线性表为空表}
数据关系: R1={ <ai-1,ai>lai-1,ai∈D, i=2,…,n } {设线性表为(a1,a2,…,ai,…an),称i为a在线性表中的位序}
基本操作:
结构的初始化
InitList(&L)
操作结果:构造一个空的线性表L结构的销毁
DestroyList(&L)
初始条件:线性表L已存在。
操作结果,销毁线性表L引用型操作 - 操作的结果不改变结构
ListEmpty(L)
初始条件:线性表L已存在。
操作结果:若L为空表,则返回 TRUE, 否则返回 FALSEListLength(L)
初始条件:线性表L已存在。
操作结果:返回L中数据元素个数。PriorElem(L, cur_ e, &pre_ e)
初始条件:线性表L已存在。
操作结果:若 cur_ e是L的数据元素,且不是第一个,则用 pre_ e 返回它的前驱,否则操作
失败, pre_ e无定义。NextElem(L, cur_ e, &next_ e)
初始条件:线性表L已存在。
操作结果:若 cur_ e是L的数据元素,且不是最后一个,则用 next_ e 返回它的后继,否则操
作失败, next_ e 无定义。GetElem(L, i, &e)
初始条件: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。LocateElem(L, e, compare())
初始条件:线性表L已存在, compare() 是数据元素判定函数。
操作结果:返回L中第1个与e满足关系 compare() 的数据元素的位序。若这样的数据元素
不存在,则返回值为 0ListTraverse(L, visit())
初始条件:线性表L已存在。
操作结果:依次对L的每个数据元素调用函数visit()。一旦 visit() 失败,则操作失败。(visit()用于访问列表中的每个元素)加工型操作 - 操作的结果改变结构
ClearList (&L)
初始条件:线性表L巳存在。
操作结果:将L重置为空表。PutElem(L, i, &e)
初始条件:线性表L已存在, 1≤i≤ListLength(L)。
操作结果:L中第i个元素赋值同e的值。ListInsert (&L, i, e)
初始条件:线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L)+1。
操作结果,在L中第i个位置之前插入新的数据元素 e,L 的长度增1。ListDelete(&L, i, &e)
初始条件:线性表L已存在且非空,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。} ADT List
2.2 顺序存储结构(Sequence List)
用一组地址连续的存储单元一次存放线性表中的数据元素
//-----线性表的动态分配顺序存储结构----- #define LIST_ INIT_SIZE 100 // 线性表存储空间的初始分配量 #define LISTINCREMENT 10 //线性表存储空间的分配增量 typedef struct { ElemType *elem; //存储空间基地址 int length; //当前长度 int listsize;//当前分配的存储容量、以sizeof(ElemType)为单位 }SqList
- 优点:
- 存储密度大(结点本身所占存储量/结点结构所占存储量)
- 可以 随机存取 表中任一元素
- 缺点:
- 在插入、删除某一元素时,需要移动大量元素
- 浪费存储空间
- 属于静态存储形式,数据元素的个数不能自由扩充
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS *1 #include <stdio.h> #include <stdlib.h>#define OK 1 #define ERROR 0 #define OVERFLOW -1#define LIST_INIT_SIZE 100 // 线性表存储空间的初始分配量 #define LISTINCREMENT 10 // 线性表存储空间的分配增量typedef int ElemType; typedef int Status; typedef struct {ElemType* elem;int length;int listsize; } SqList;Status InitList_Sq(SqList* L) {// 构造一个空的线性表LL->elem = (ElemType*)malloc(sizeof(ElemType) * LIST_INIT_SIZE);// 存储分配失败if (!L->elem) exit(OVERFLOW);// 空表长度为0L->length = 0;//初始存储容量L->listsize = LIST_INIT_SIZE;return OK; }// 时间复杂度 O(n) Status ListInsert_Sq(SqList* L, int i, ElemType e) {// i 不合法 [1≤ i ≤ListLength.Sq(L) + 1]if (i<1 || i>L->length + 1) return ERROR;// 当前存储空间已满,增加分配if (L->length >= L->listsize) {ElemType* newbase = (ElemType*)realloc(L->elem, (L->listsize + LISTINCREMENT) * sizeof(ElemType));// 存储分配失败if (!newbase) exit(OVERFLOW);// 新基址L->elem = newbase;// 增加存储容量L->listsize += LISTINCREMENT;}// q为插入位置ElemType* q = &(L->elem[i - 1]);ElemType* p = &(L->elem[L->length - 1]);for (p; p >= q; --p){*(p + 1) = *p;//右移}*q = e;// 插入e++L->length;// 表长增1return OK; }// 时间复杂度 O(n) Status ListDelete_Sq(SqList* L, int i) {// i 不合法 [1≤ i ≤ListLength.Sq(L) + 1]if (i<1 || i>L->length + 1) return ERROR;// p为被删除元素的位置ElemType* p = &(L->elem[i - 1]);// 被删除元素赋值给eElemType e = *p;printf("元素%d已被删除\n", e);// 表尾元素的位置ElemType* q = &(L->elem[L->length - 1]);for (++p; p <= q; ++p){*(p - 1) = *p;//左移}--L->length;return OK; }int LocateElem_Sq(SqList* L, ElemType e) {// 在顺序线性表L中查找第1个值与e相等int i = 1;for (i; i <= L->length; i++) {if (L->elem[i - 1] == e){return i;}}return 0; }void Print(SqList* L) {int i;printf("List: ");for (i = 0; i < L->length; i++){if (i == L->length - 1){printf("%d", L->elem[i]);}else{printf("%d, ", L->elem[i]);}}printf("\n"); }int main() {SqList L;int init_status = InitList_Sq(&L);if (init_status == 1){ListInsert_Sq(&L, 1, 1);ListInsert_Sq(&L, 1, 2);ListInsert_Sq(&L, 2, 3);ListInsert_Sq(&L, 4, 4);ListInsert_Sq(&L, 5, 1);Print(&L);printf("L.length: %d\n", L.length);ListDelete_Sq(&L, 1);Print(&L);printf("L.length: %d\n", L.length);int index = LocateElem_Sq(&L, 1);printf("1第一次出现的位置:%d", index);}else{printf("初始化线性表失败");}return 0; }
2.3 链式存储结构
2.3.1 单链表
结点(node):
数据元素的存储映像
数据域: 存储数据元素信息的域
指针域:存储直接后继存储位置的域称为指针域。指针域中存储的信息称做指针或链。n
链表:
n个结点由指针链组成一个链表
线性链表或单链表:
每个结点中只包含一个指针域
头指针:
指向链表中第一个结点(即第一个数据元素的存储映像)的指针,整个链表的存取必须从头指针开始进行。
头结点:
在单链表的第一个结点之前附设一个结点,称之为头结点。
头结点的数据域可以不存储任何信息,也可存储如线性表的长度等类的附加信息;
头结点的指针域存储指向第一个结点的指针(即第一个元素结点的存储位置)。
若线性表为空表,则头结点的指针域为“空”。
首元结点:
是指链表中存储第一个数据元素a1的结点
最后一个结点的指针:
最后一个数据元素没有直接后继,则线性链表中最后一个结点的指针为“空”(NULL)。
单链表是由表头唯一确定,因此单链表可以用头指针的名字来命名若头指针名是L,则把链表称为表L
假设p是指向线性表中第i个数据元素(结点ai)的指针,则p->next 是指向第i+1个数据元素(结点 ai+1)的指针。换句话说,若p->data=ai,则p->next->data=ai+1。由此,在单链表中,取得第i个数据元素必须从头指针出发寻找( 顺序存取 法),因此,单链表是非随机存取的存储结构。
typedef struct LNode{ //声明结点的类型和指向结点的指针类型ElemType data;struct LNode* next; } LNode, *LinkList; //LinkList为指向结构体LNode的指针类型//LNode、LinkList都是类型 // 定义链表L LinkList L;(常用) = LNode* L;(不常用) // 定义结点指针p LNode* p;(常用) = LinkList p;(不常用)
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS *1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef struct Node {int data;struct Node* next;
}Node;struct Node* head;void InsertHead(int x) {//创建一个节点Node* temp = (Node*)malloc(sizeof(Node));if (temp != NULL) {temp->data = x;temp->next = head;head = temp;}
}void Insert(int data, int n) {Node* temp1 = (Node*)malloc(sizeof(Node));if (temp1 != NULL) {temp1->data = data;temp1->next = NULL;if (n == 1) {temp1->next = head;head = temp1;return;}Node* temp2 = head;int i;for (i = 0; i < n - 2; i++) {temp2 = temp2->next;}temp1->next = temp2->next;temp2->next = temp1;}
}void Delete(int n) {//if (head == NULL) return;Node* temp = head;if (n == 1) {head = temp->next;free(temp);return;}int i;for (i = 1; i < n - 1; i++) {temp = temp->next;}Node* temp1 = temp->next;temp->next = temp1->next;free(temp1);
}
//迭代iteration
void Reverse() {Node* current,* prev,* next;current = head;prev = NULL;while (current != NULL){next = current->next;current->next = prev;prev = current;current = next;}head = prev;
}
//iteration
void Print() {Node* temp = head;printf("List is: ");while (temp != NULL){printf("%d ", temp->data);temp = temp->next;}printf("\n");
}//递归recursion
void ReverseRecursion(Node* p) {if (p->next == NULL) {head = p;return;}ReverseRecursion(p->next);Node* q = p->next;q->next = p;p->next = NULL;
}//recursion - 效率低
void PrintRecursion(Node* p) {if (p == NULL) {printf("PrintRecursion: ");return;}PrintRecursion(p->next);printf("%d ", p->data);
}int main() {head = NULL;//头部插入一个节点/*printf("How many numbers?\n");int n, i, x;scanf("%d", &n);for (i = 0; i < n; i++) {printf("Enter the number \n");scanf("%d", &x);InsertHead(x);Print();}*///任意位置插入节点Insert(2, 1);Insert(4, 2);Insert(6, 3);Insert(5, 4);Print();//任意位置删除节点/*Delete(3);Print();Delete(1);Print();*//*反转链表 head -> 2 | 地址100 -> 4 | 地址200 -> 6 | 地址150 -> 5 | 地址250 -> NULLNULL <- 2 | 地址100 <- 4 | 地址200 <- 6 | 地址150 <- 5 | 地址250 <- head*/Reverse();Print();ReverseRecursion(head);Print();PrintRecursion(head);return 0;
}
2.3.2 循环链表
循环链表:
首尾相接的链表(表中最后一个结点的指针域指向头节点,整个链表形成一个环)
终止条件 不是判断p或p->next是否为空,而是判断是否等于头指针
优点:
从表中任一结点出发均可找到表中其他结点
使用更多的是尾指针
2.3.3 双链表
双链表:
每个结点中包含两个指针域
在单链表的每个结点里再增加一个指向其直接前驱的指针域,这样链表中就形成了有两个方向不同的链
特点:
对称性 p ->prior ->next = p = p ->next ->prior
双向循环链表:
- 让头结点的前驱指针指向链表的最后一个结点
- 让最后一个结点的后继指针指向头结点
typedef struct DuLNode {int data;struct LNode* prior; struct LNode* next; } DuLNode, * DuLinkList;
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS *1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef struct Node {int data;struct Node* next;struct Node* prev;
}Node;
struct Node* head;//创建节点
Node* GetNewNode(int x) {Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));newNode->data = x;newNode->next = NULL;newNode->prev = NULL;return newNode;
}void InsertAtHead(int x) {Node* temp = GetNewNode(x);if (head == NULL) {head = temp;return;}head->prev = temp;temp->next = head;head = temp;
}void InsertAtTail(int x) {Node* temp = GetNewNode(x);if (head == NULL) {head = temp;return;}Node* temp1 = head;while (temp1->next != NULL) {temp1 = temp1->next;}temp1->next = temp;temp->prev = temp1;
}void Print() {Node* temp = head;printf("List: ");while (temp != NULL) {printf("%d ", temp->data);temp = temp->next;}printf("\n");
}void ReversePrint() {Node* temp = head;if (temp == NULL) return;while (temp->next != NULL) {temp = temp->next;}printf("Reverse: ");while (temp != NULL) {printf("%d ", temp->data);temp = temp->prev;}
}int main() {head = NULL;InsertAtHead(2);InsertAtHead(4);InsertAtHead(6);InsertAtTail(1);InsertAtTail(3);InsertAtTail(5);Print();ReversePrint();return 0;
}
2.3.4 单链表、循环链表、双向链表的时间效率比较
2.3.5 链式存储结构优缺点
链式存储结构的优点
- 结点空间可以动态申请和释放;
- 数据元素的逻辑次序靠结点的指针来指示,插入和删除时不需要移动数据元素。
链式存储结构的缺点
- 存储密度小,每个结点的指针域需额外占用存储空间。当每个结点的数据域所占字节不多时,指针域所占存储空间的比重显得很大。(存储密度=结点数据本身占用的空间/结点占用的空间总量。 一般地,存储密度越大,存储空间的利用率就越高,显然,顺序表的存储密度为1(100%),而链表的存储密度小于1。)
- 链式存储结构是非随机存取结构。对任一结点的操作都要从头指针依指针链查找到该结点,这增加了算法的复杂度。
2.4 顺序表和链表比较
3、应用
-
线性表的合并
问题描述:
假设利用两个线性表La和Lb分别表示两个集合A和B,现要求一个新的集合A=AUB
La=(7,5,3,11) Lb=(2,6,3) --> La=(7,5,3,11,2,6)
//顺序表 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS *1 #include <stdio.h> #include <stdlib.h>#define LIST_INIT_SIZE 100 #define LISTINCREMENT 10typedef struct {int* elem;int length;int listsize; }SqList;int InitList_Sq(SqList* L) {L->elem = (int*)malloc(sizeof(int) * LIST_INIT_SIZE);if (!L->elem) exit(0);L->length = 0;//初始存储容量L->listsize = LIST_INIT_SIZE;return 1; }int InsertList_Sq(SqList* L, int i, int e) {if (i<1 || i>L->length + 1) return -1;if (L->length >= L->listsize) {int* newbase = (int*)realloc(L->elem, sizeof(int) * (L->listsize + LISTINCREMENT));if (!newbase) return -1;L->elem = newbase;L->listsize += LISTINCREMENT;}int* p = &(L->elem[i - 1]);int* q = &(L->elem[L->length - 1]);for (q; p <= q; --q)*(q + 1) = *q;*p = e;++L->length;return 1; }int LocateElem(SqList* L, int e) {int j = 1;for (j; j < L->length + 1; j++) {if (L->elem[j - 1] == e){return 1;}}return 0; }//A∪B 时间复杂度 O(La->length * Lb->length) int Union_Sq(SqList* La, SqList* Lb) {int i=1;for (i; i < Lb->length + 1; i++) {int elem_b = Lb->elem[i - 1];if (!LocateElem(La, elem_b)){InsertList_Sq(La, La->length + 1, elem_b);}} }void Print(SqList* L) {int i;printf("List: ");for (i = 0; i < L->length; i++){if (i == L->length - 1){printf("%d", L->elem[i]);}else{printf("%d, ", L->elem[i]);}}printf("\n"); }int main() {SqList La, Lb, Lc;InitList_Sq(&La);InsertList_Sq(&La, 1, 7);InsertList_Sq(&La, 2, 5);InsertList_Sq(&La, 3, 3);InsertList_Sq(&La, 4, 11);Print(&La);InitList_Sq(&Lb);InsertList_Sq(&Lb, 1, 2);InsertList_Sq(&Lb, 2, 6);InsertList_Sq(&Lb, 3, 3);Print(&Lb);Union_Sq(&La, &Lb);Print(&La);return 0; }
-
有序表的合并
问题描述:
已知线性表La 和Lb中的数据元素按值非递减有序排列,现要求将La和Lb归并为一个新的线性表Lc,且Lc中的数据元素仍按值非递减有序排列。
La=(1,7,8) Lb=(2,4, 6,8,10,11) --> Lc=(1,2,4,6,7,8,8,10,11)
//顺序表 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS *1 #include <stdio.h> #include <stdlib.h>#define LIST_INIT_SIZE 100 #define LISTINCREMENT 10typedef struct {int* elem;int length;int listsize; }SqList;int InitList_Sq(SqList* L) {// 构造一个空的线性表LL->elem = (int*)malloc(sizeof(int) * LIST_INIT_SIZE);// 存储分配失败if (!L->elem) exit(0);// 空表长度为0L->length = 0;//初始存储容量L->listsize = LIST_INIT_SIZE;return 1; }int InsertList_Sq(SqList* L, int i, int e) {if (i<1 || i>L->length + 1) return -1;if (L->length >= L->listsize) {int* newbase = (int*)realloc(L->elem, sizeof(int) * (L->listsize + LISTINCREMENT));if (!newbase) return -1;L->elem = newbase;L->listsize += LISTINCREMENT;}int* p = &(L->elem[i - 1]);int* q = &(L->elem[L->length - 1]);for (q; p <= q; --q)*(q + 1) = *q;*p = e;++L->length;return 1; }//时间复杂度 O(La->length + Lb->length) //空间复杂度 O(La->length + Lb->length) void Merge(SqList La, SqList Lb, SqList* Lc) {int* pa = La.elem;int* pb = Lb.elem;Lc->length = Lc->listsize = La.length + Lb.length;int* pc = Lc->elem = (int*)malloc(Lc->listsize * sizeof(int));if (!Lc->elem) exit(0);int* pa_last = La.elem + La.length - 1;int* 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++;} }void Print(SqList* L) {int i;printf("List: ");for (i = 0; i < L->length; i++){if (i == L->length - 1){printf("%d", L->elem[i]);}else{printf("%d, ", L->elem[i]);}}printf("\n"); }int main() {SqList La, Lb, Lc;InitList_Sq(&La);InsertList_Sq(&La, 1, 1);InsertList_Sq(&La, 2, 7);InsertList_Sq(&La, 3, 8);Print(&La);InitList_Sq(&Lb);InsertList_Sq(&Lb, 1, 2);InsertList_Sq(&Lb, 2, 4);InsertList_Sq(&Lb, 3, 6);InsertList_Sq(&Lb, 4, 8);InsertList_Sq(&Lb, 5, 10);InsertList_Sq(&Lb, 6, 11);Print(&Lb);Merge(La, Lb, &Lc);Print(&Lc);return 0; }
参考:
教材:严蔚敏《数据结构》(C语言版).pdf
视频:
https://www.bilibili.com/video/BV1nJ411V7bd?p=10&vd_source=a89593e8d33b31a56b894ca9cad33d33
https://www.bilibili.com/video/BV1Fv4y1f7T1/?p=19&spm_id_from=333.880.my_history.page.click&vd_source=a89593e8d33b31a56b894ca9cad33d33