数据结构学习（day01）

1.数据结构基本概念

数据结构是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。它是计算机存储、组织数据的方式，直接影响程序的效率和性能。

2.数据结构分类

1.逻辑结构

集合结构：所有数据都在一个集合中，元素间关系平等。

线性结构：数据之间是一对一的关系，如数组、链表。

树状结构：数据之间是一对多的关系，如二叉树、B树。

2.物理结构（存储结构）

顺序存储：数据存储在连续的存储单元中，如数组。

链式存储：数据存储单元可以是任意的，通过指针连接，如链表。

链式存储概述

线性表的链式存储（单向链表）解决了顺序存储的以下问题：

插入和删除效率低（顺序表需要移动大量元素）
动态存储问题（顺序表需要预先分配固定空间）

特点：

存储单元可以是连续的，也可以是不连续的。

每个节点（Node）包含：

数据域：存储数据元素

指针域：存储下一个节点的地址通过指针链接各个节点，形成链式结构。

单向链表的基本操作（C语言实现）

头文件定义

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

typedef int DATATYPE;  // 数据类型可自定义

typedef struct LinkNode {
    DATATYPE data;          // 数据域
    struct LinkNode *next;  // 指针域
} LinkNode;

typedef struct LinkList {
    LinkNode *head;  // 头指针
    int clen;        // 当前链表长度
} LinkList;

创建链表

c 复制代码

LinkList *CreateLinkList() {
    LinkList *ll = (LinkList *)malloc(sizeof(LinkList));
    if (ll == NULL) {
        fprintf(stderr, "CreateLinkList malloc failed\n");
        return NULL;
    }
    ll->head = NULL;
    ll->clen = 0;
    return ll;
}

头插法

c 复制代码

int InsertLinkList(LinkList *ll, DATATYPE *data) {
    if (ll == NULL || data == NULL) {
        fprintf(stderr, "Invalid arguments\n");
        return 1;
    }
    LinkNode *newnode = (LinkNode *)malloc(sizeof(LinkNode));
    if (newnode == NULL) {
        fprintf(stderr, "InsertLinkList malloc failed\n");
        return 1;
    }
    memcpy(&newnode->data, data, sizeof(DATATYPE));
    newnode->next = ll->head;  // 新节点指向原头节点
    ll->head = newnode;        // 更新头指针
    ll->clen++;
    return 0;
}

判断链表是否为空

c 复制代码

int IsEmptyLinkList(LinkList *ll) {
    if (ll == NULL) {
        fprintf(stderr, "Invalid argument\n");
        return -1;
    }
    return (ll->head == NULL) ? 1 : 0;
}

显示链表

c 复制代码

void ShowLinkList(LinkList *ll) {
    if (ll == NULL || ll->head == NULL) {
        printf("LinkList is empty\n");
        return;
    }
    LinkNode *temp = ll->head;
    while (temp != NULL) {
        printf("%d -> ", temp->data);
        temp = temp->next;
    }
    printf("NULL\n");
}

查找节点

c 复制代码

LinkNode *SearchLinkList(LinkList *ll, DATATYPE key) {
    if (ll == NULL || ll->head == NULL) {
        return NULL;
    }
    LinkNode *temp = ll->head;
    while (temp != NULL) {
        if (temp->data == key) {
            return temp;
        }
        temp = temp->next;
    }
    return NULL;
}

删除节点

c 复制代码

int DeleteLinkList(LinkList *ll, DATATYPE key) {
    if (ll == NULL || ll->head == NULL) {
        fprintf(stderr, "LinkList is empty\n");
        return 1;
    }
    LinkNode *prev = NULL;
    LinkNode *curr = ll->head;
    while (curr != NULL) {
        if (curr->data == key) {
            if (prev == NULL) {  // 删除头节点
                ll->head = curr->next;
            } else {             // 删除中间或尾节点
                prev->next = curr->next;
            }
            free(curr);
            ll->clen--;
            return 0;
        }
        prev = curr;
        curr = curr->next;
    }
    fprintf(stderr, "Key not found\n");
    return 1;
}

总结

操作	时间复杂度	说明
头插法	O(1)	直接在头部插入
尾插法	O(n)	需要遍历到链表末尾
查找	O(n)	最坏情况遍历整个链表
删除	O(n)	需要找到目标节点

优点：

动态分配内存，无需预先指定大小

插入和删除高效（O(1) 头插，O(n) 随机位置）

缺点：

访问元素需要遍历（O(n)）

额外存储指针，占用更多内存