【数据结构】线性数据结构——链表

1. 定义

链表是一种线性数据结构,由多个节点(Node)组成。每个节点存储数据和指向下一个节点的指针。与数组不同,链表的节点不需要在内存中连续存储。

2. 特点

  • 动态存储: 链表的大小不固定,可以动态增加或减少节点,灵活性强。

  • 非连续存储: 节点的内存地址不连续,通过指针(或引用)连接,适合频繁插入和删除操作。

  • 顺序访问: 需要从头节点依次遍历,无法像数组那样通过索引直接访问元素。

  • 占用额外空间: 每个节点需要额外存储一个指针(或引用),存储效率略低于数组。

3. 类型

根据结构的不同,链表可以分为以下几种:

  • 单链表(Singly Linked List): 每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。只能从头到尾顺序遍历。

  • 双链表(Doubly Linked List): 每个节点包含数据、指向下一个节点的指针和指向前一个节点的指针。支持双向遍历,操作更灵活,但占用更多内存。

  • 循环链表(Circular Linked List): 链表的最后一个节点指向头节点,形成一个环。可单向或双向,常用于需要循环处理的场景。

  • 带头节点的链表: 在链表开始部分增加一个特殊的头节点,不存储数据,仅用于简化边界情况的处理。

4. 主要操作

  • 插入节点: 头部插入:将新节点的指针指向当前头节点,再更新头指针。尾部插入: 遍历到尾节点,将尾节点的指针指向新节点。中间插入: 调整相邻节点的指针。时间复杂度: O(1)(头部插入),O(n)(尾部或中间插入)。

  • 删除节点: 修改前一个节点的指针,使其指向被删除节点的下一个节点。

    如果是尾节点,需更新尾指针。时间复杂度:O(1)(删除头节点),O(n)(删除其他节点)。

  • 查找节点: 从头节点开始逐个比较,直到找到目标节点或到链表末尾。时间复杂度:O(n)。

  • 遍历链表: 从头节点开始依次访问每个节点,直到链表结束。

5. 优缺点

优点: 动态扩展:不需要预先分配存储空间。/ 高效插入和删除:不需要移动数据,只需调整指针。

缺点: 顺序访问:访问速度慢,需从头遍历到目标节点。/ 占用额外空间:每个节点需要存储一个指针,增加内存开销。/ 操作复杂:指针处理复杂,容易出错。

6. 应用场景

  • 动态数据存储:适用于大小不固定的数据集合。
  • 实现其他数据结构:栈、队列、哈希表中的链地址法等常用链表实现。
  • 需要频繁插入和删除的场景:如操作系统中的任务调度、内存分配管理。
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