三、链表

链表和数组的区别

单链表

数组:连续的内存空间

链表:通过“指针”将一组零散的内存串联起来(单链表,双向链表,循环链表)

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内存块称为链表的“结点”,为了把所有的节点串联起来,每个链表的结点除了存储数据,还会记录链上的下一个结点的地址,这个记录结点地址的指针叫 后继指针 next

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第一个结点叫头结点,最后一个是尾结点,尾结点指针指向空地址(这是为了防止尾结点的后继指针next 成为一个野指针,导致遍历链表停不下来,或者出现一堆本不属于该链表的垃圾数据等)

插入、删除

  • 插入、删除一个结点,只要改变相邻的结点的指针就可以
  • 插入、删除:在上一节点的后继指针指向新结点地址,新结点的后继指针指向下一个结点的地址
  • 插入,删除结点时间复杂度 O(1)
  • 删除某个结点的值等于某个给定值 时间复杂度为 O(n)
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查询

  • 访问第 K 个元素需要遍历
  • 最好时间复杂度O(1)
  • 最坏时间复杂度O(n)
  • 平均时间复杂度O(n)

循环链表和双向链表

循环链表

  • 循环链表是一种特殊的单链表,他的尾结点指针指向链表的头结点
  • 使用场景适合具有环型结构的数据
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双向链表

  • 每个结点有两个指针,一个是前驱指针 prev 指向前面的结点,一个是后继指针 next 指向后面的结点
  • 需要额外的两个空间来存储前驱结点和后继结点
  • 支持双向遍历
  • 浪费空间
  • 插入,删除 O(1)
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从链表中删除数据:

  • 删除结点中“值等于某个给定值”的结点。 这种删除方法需要遍历整个链表,所以时间复杂度为O(n)
  • 删除给定指针指向的结点 双向链表是O(1),单链表是O(n),单链表在删除给定指向指针的结点需要找到该结点的前置结点,但是前置结点需要遍历才能找到,遍历时间复杂度为O(n)

链表中删除数据:

  • 和上面的操作相同

空间换时间

总结:

空间换时间:对于执行较慢的程序,通过消耗更多内存来优化

时间换空间:对于消耗内存过多的程序,通过消耗更多的时间来降低内存的消耗

双向循环链表

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链表和数组性能对比

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数组和链表的区别

  • 数组优点:使用连续的内存空间,可以借助CPU的缓存机制,预读数组中的数组,访问效率较高
  • 数组缺点:是大小固定,一经申明就要占用整块连续内存空间,如果声明数组过大,系统没有足够内存空间分配,会导致内存不足,如果声明内存过小,出现不够用,又要申请一个更大的内存空间,把愿数组拷贝过去,耗费时间
  • 链表缺点:在内存中并不是连续存储,所以对CPU缓存不友好,没法有效预读
  • 链表优点:没有大小限制,支持动态扩容

LRU

思路:

  • 使用定长链表来保存所有缓存的值,并且最老的值放在链表最后面 当访问的值在链表中时: 将找到链表中值将其删除,并重新在链表头添加该值(保证链表中 数值的顺序是从新到旧) 当访问的值不在链表中时: 当链表已满:删除链表最后一个值,将要添加的值放在链表头 当链表未满:直接在链表头添加
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