链表是做什么用的

链表的用途:1、实现文件系统;2、排序;3、管理动态数据;4、存储稀疏数据;5、实现各种数据结构;6、实现高效的内存分配器。实现文件系统是指,链表可以被用来实现文件系统中的文件目录结构。

一、链表的用途

1、实现文件系统

链表可以被用来实现文件系统中的文件目录结构,每个节点可以表示一个文件或者一个目录,而整个文件系统可以看做一个包含多个节点的链表结构。

2、排序

链表可以用于实现排序算法,例如归并排序和快速排序。这些算法通常需要在运行时动态创建和删除节点,这正是链表的长处。

3、管理动态数据

链表是一种动态数据结构,可以自由添加和删除节点,因此它经常用于管理动态大小的数据集合,例如文件系统、操作系统内存管理和网络协议。

4、存储稀疏数据

链表也可用于存储稀疏数据结构,例如稀疏矩阵。由于链表可以有效地管理和存储无序的数据集合,因此它是一种有效的方法来存储稀疏数据。

5、实现各种数据结构

表通常用于实现其他高效的数据结构,例如队列、栈和哈希表。链表提供了高效的插入和删除操作,可以在 O(1) 的时间内执行,而数组等其他数据结构需要进行大量的数据搬迁。

可用链表实现的数据结构:

  • 线性数据结构:链表可以用来实现栈、队列、链式队列等线性数据结构,而且基于链表实现的栈和队列可以动态增长,比基于数组的实现更灵活。
  • 哈希表:哈希表使用链表可以解决哈希碰撞(Hash Collision)的问题,链表可以用来构成哈希桶,当出现哈希碰撞时将冲突的数据添加到链表的末尾。
  • 图和树:链表可以用来描述和实现复杂的图和树数据结构,每个节点可以使用链表来存储子节点或相邻的节点。

6、实现高效的内存分配器

链表可以被用来实现文件系统中的文件目录结构,每个节点可以表示一个文件或者一个目录,而整个文件系统可以看做一个包含多个节点的链表结构。

二、链表的分类

1、单链表

在这种链表中,每个节点都包含少量数据以及指向属于类似数据类型的后续节点的指针。这是一种简单易行的链表类型。在这里,节点由指向后续节点的指针组成,该节点定义该节点将后续节点的地址保留在结构中。此单向链表仅允许以单一方式遍历数据。

2、双链表

这种双向类型的 LinkedIn List 是一种比前一种更复杂的链表,前一种链表由指向结构中后续节点和前一个节点的指针组成。因此,它包括链表工作的三个部分,其中包括数据,指向后续节点的指针,最后是指向前一个节点的指针。此外,这将使我们能够向后遍历双向链表。

3、循环链表

这是一种双向循环类型的链表,一种有点复杂的类型,包含指向结构中后续节点和前一个节点的指针。在这里,循环双向链表和双向链表之间的差异显示了循环链表与单链表之间的相似性。但是在这个双循环链表中,我们无法在初始节点的前面字段中找到 null 值。

4、循环双链表

这是一种双向循环类型的链表,一种有点复杂的类型,包含指向结构中后续节点和前一个节点的指针。在这里,循环双向链表和双向链表之间的差异显示了循环链表与单链表之间的相似性。但是在这个双循环链表中,我们无法在初始节点的前面字段中找到 null 值。

三、链表的优势

  1. 动态类型数据结构:链表能够在运行时发展和收缩,这是由于通过分配和不分配内存执行的动态组织。因此,不需要为链表提供主要大小。
  2. 不浪费内存:链表提供了有效内存利用率的实现,因为此列表的大小在运行时上升或下降;因此没有记忆的浪费。此外,不需要预先分配内存。
  3. 实现:线性类型的数据结构(如队列和堆栈)通常通过链表简单地执行。
  4. 插入和删除操作:在此链表中,可以轻松执行插入和删除查询操作。我们不需要在元素的惰性和删除操作后移动元素,只需要修改后续指针中可用的地址。

四、链表的基本操作

1、遍历

我们可以从头节点开始遍历整个链表。如果有 n 个节点,那么当我们跳过每个节点时,遍历的时间复杂度变为O(n)。

2、插入

在给定位置插入新节点是通过操作最多 2 个下一个指针来实现的;考虑两个指针,prevNode和newNode将newNode的下一个指针设置为prevNode的下一个指针 并设置 prevNode 的下一个指向 newNode 的指针,其中 prevNode 表示指向要插入 newNode 的节点的指针。由于无论链表的大小如何,只有恒定数量的指针会发生变化,因此复杂性应该是 O(1) 。

但是,要获得任何给定位置的访问权限,我们必须从头部到prevNode进行遍历。因此,插入的最坏情况可以表示为:遍历O(n)+ 仅插入 O(1) = 插入O(n)。但是,最好的情况是在开头插入,因此时间复杂度变为Ω(1) 。

请注意,在插入的情况下,执行顺序确实很重要。如果我们互换步骤,即首先设置 prevNode 的下一个指向 newNode 的指针,那么我们将失去对之前在 prevNode 之后发生的链表的其余部分的引用。

3、删除

我们可以通过操作最多 2 个下一个指针来删除位于指定索引处的节点,如下所示; 考虑两个指针,prevNode和targetNode将prevNode的下一个指针设置为targetNode的下一个指针,并将targetNode的下一个指针设置为NULL,其中prevNode表示指向要删除targetNode的节点的指针。遵循与插入相同的推理,最佳情况和最坏情况的时间复杂度分别为Ω(1) 和O(n)。

就像插入一样,顺序很重要。重要的是要意识到,将 targetNode 的下一个指向 NULL 的指针设置为第一步会花费我们对链表其余部分的引用(如果 targetNode 不是 Tail)。

4、搜索

给定一个特定的键(数据),我们需要搜索其数据与键匹配的节点。在最好的情况下,头部是我们正在寻找的节点,而在最坏的情况下,所需的节点将是尾部。就时间复杂度而言,搜索的最佳情况、平均情况和最差情况分别表示为 Ω(1) 、O(n) 和 O(n)。

延伸阅读

链表概念

链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构,数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。链表由一系列结点(链表中每一个元素称为结点)组成,结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分:一个是存储数据元素的数据域,另一个是存储下一个结点地址的指针域。 相比于线性表顺序结构,操作复杂。由于不必须按顺序存储,链表在插入的时候可以达到O(1)的复杂度,比另一种线性表顺序表快得多,但是查找一个节点或者访问特定编号的节点则需要O(n)的时间,而线性表和顺序表相应的时间复杂度分别是O(logn)和O(1)。

文章标题:链表是做什么用的,发布者:Z, ZLW,转载请注明出处:https://worktile.com/kb/p/49316

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