数据结构与算法02:基础数据结构—线性表

2234-川同学

发表文章数:31

热门标签

首页 » Java » 正文

在程序中,经常需要将一组(通常是同为某个类型的)数据元素作为整体管理和使用,需要创建这种元素组,用变量记录它们,传进传出函数等。一组数据中包含的元素个数可能发生变化(可以增加或删除元素)。

最简单的解决方案便是将这样一组元素看成一个序列,用元素在序列里的位置和顺序,表示实际应用中的某种有意义的信息,或者表示数据之间的某种关系。

这样的一组序列元素的组织形式,我们可以将其抽象为线性表。一个线性表是某类元素的一个集合,还记录着元素之间的一种顺序关系
根据线性表的实际存储方式,分为两种实现模型:

  1. 顺序表,将元素顺序地存放在一块连续的存储区里,元素间的顺序关系由它们的存储顺序自然表示。
  2. 链表,将元素存放在通过链接构造起来的一系列存储块中

1 顺序表

数据类型不同:

  1. 存储的时候:
    在计算机中所占内存大小不同,1个int占4个字节(字节也叫Byte,是计算机数据的基本存储单位,1Byte(字节) = 8bit(位))
  2. 读取的时候:
    知道如何处理读取的二进制数据,如图中取出这四块,究竟代表的是1个int还是4个char
    数据结构与算法02:基础数据结构—线性表
    现有1,2,3,4这个几个int,我如何保存?连续存储

1.1 顺序表的基本形式

有两种存储方式,a)直接存数据,b)存数据的地址
数据结构与算法02:基础数据结构—线性表
a)表示数据元素连续存储,且每个元素所占的存储单元大小固定相同
b)如果元素的大小不统一,则须采用元素外置的形式,将实际数据元素另行存储,而顺序表中各单元位置保存对应元素的地址信息(即链接)。由于每个链接所需的存储量相同,通过公式,可以计算出元素链接的存储位置,而后顺着链接找到实际存储的数据元素。

1.2 顺序表的结构

数据结构与算法02:基础数据结构—线性表
包含两个部分:元素结合,表头主要包含预估要存几个元素以及已存的元素个数

1.3 顺序表的两种基本实现方式

图a为一体式结构,该结构整体性强,易于管理。但是由于数据元素存储区域是表对象的一部分,顺序表创建后,元素存储区就固定了,如果我想新增元素,就得重新申请内存空间,元素迁移后再释放原有内存。因此整个顺序表的地址会发生改变。
图b为分离式结构,表对象里只保存与整个表有关的信息(即容量和元素个数),实际数据元素存放在另一个独立的元素存储区里,通过链接与基本表对象关联。新增元素,不用新建顺序表,顺序表地址不发生变化
数据结构与算法02:基础数据结构—线性表

两种实现方式的差异:

  1. 元素存储区替换
    一体式结构由于顺序表信息区与数据区连续存储在一起,所以若想更换数据区,则只能整体搬迁,即整个顺序表对象(指存储顺序表的结构信息的区域)改变了。
    分离式结构若想更换数据区,只需将表信息区中的数据区链接地址更新即可,而该顺序表对象不变。
  2. 元素存储区扩充
    若新增元素,如以下代码,采用一体式我需要重复申请对象,而分离式可以在不改变表对象的前提下对其数据存储区进行了扩充,所有使用这个表的地方都不必修改。将容量动态变化的表成为动态顺序表
list = []
for i in range(10000)list.append(i)

扩充有两种方式:
3. 每次扩充固定数目的存储位置,如每次扩充10个位置。特点是节省空间,但扩充操作频繁,操作次数多
4. 每次扩充容量加倍,如每次加一倍容量。特点是减少扩充操作次数,但会浪费空间,是典型的以空间换时间的方式

1.4 顺序表的操作

  1. 增加
    三种方式,
    a 尾部增加,时间复杂度为O(1)
    b 非保序增加(如图中只把693挪下去,然后把111插入,该方法不常见),O(1)
    c 保序增加,O(n)数据结构与算法02:基础数据结构—线性表2. 删除
    三种方法:
    a 尾部删除:O(1)
    b 非保序:O(1)
    c 保序:O(n)
    数据结构与算法02:基础数据结构—线性表

1.5 Python中的顺序表

list和tuple采用了顺序表,其中tuple是不可变类型,即不变的顺序表,因此不支持改变其内部状态的任何操作。
python中list的特性
1、可根据索引找到元素,因此使用了顺序表
2、增删列表中的元素,列表地址不变,因此采用了分离式的结构
在Python的官方实现中,list就是一种采用分离式技术实现的动态顺序表。这就是为什么用list.append(x) (或 list.insert(len(list), x),即尾部插入)比在指定位置插入元素效率高的原因。
list实现采用了如下的扩容策略:在建立空表(或者很小的表)时,系统分配一块能容纳8个元素的存储区;在执行插入操作(insert或append)时,如果元素存储区满就换一块4倍大的存储区。但如果此时的表已经很大(目前的阀值为50000),则改变策略,采用加一倍的方法。引入这种改变策略的方式,是为了避免出现过多空闲的存储位置。

2 链表

标签:

未经允许不得转载:作者:2234-川同学, 转载或复制请以 超链接形式 并注明出处 拜师资源博客
原文地址:《数据结构与算法02:基础数据结构—线性表》 发布于2021-10-11

分享到:
赞(0) 打赏

评论 抢沙发

评论前必须登录!

  注册



长按图片转发给朋友

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

微信扫一扫打赏

Vieu3.3主题
专业打造轻量级个人企业风格博客主题!专注于前端开发,全站响应式布局自适应模板。

登录

忘记密码 ?

您也可以使用第三方帐号快捷登录

Q Q 登 录
微 博 登 录