线性表数组链表队列栈详细总结

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线性表是一种十分基础且重要的数据结构，它主要包括以下内容：

数组
链表
队列
栈

接下来，我将对这四种数据结构做一个详细的总结，其中对链表实现了 十几种 常见的操作。希望对你有所帮助。

数组 (Array) 是一种线性表数据结构。它用一组连续的内存空间，来存储一组具有相同类型的数据。
注意点：①. 数组是一种 线性表 ；②. 连续的内存空间和相同类型的数据
由于第二个性质，数组支持 “随机访问”，根据下表随机访问的时间复杂度为 O(1); 但与此同时却使得在数组中删除，插入数据需要大量的数据搬移工作。

假如数组的长度为 n，我们需要将一个数据插入到数组的第 k 个位置，我们需要将第 k~n 位元素都顺序地往后挪动一位。
最好情况时间复杂度为 O(1), 此时对应着在数组末尾插入元素;
最坏情况时间复杂度为 O(n), 此时对应着在数组开头插入元素;
平均情况时间复杂度为 O(n), 因为我们在每个位置插入元素的概率相同，故 (1+2+3+……+n)/n=O(n);
但是根据我们的需求，有一个特定的场景。如果数组的数据是有序的，那么我们在插入时就一定要那么做；但是如果数组中存储的数据并没有任何规律，数组只是被当成一个 存储数据的集合 ，我们可以有一个取巧的方法：
直接将第 k 个元素搬移到数组元素的最后，把新的数据直接放入第 k 个位置即可（是不是很简单啊），这时插入元素的复杂度为 O(1)。

和插入操作一样，为了保证内存的连续性，删除操作也需要搬移数据。
最好情况时间复杂度为 O(1), 此时对应着删除数组末尾的元素;
最坏情况时间复杂度为 O(n), 此时对应着删除数组开头的元素;
平均情况时间复杂度为 O(n), 因为我们删除每个位置的元素的概率相同，故 (1+2+3+……+n)/n=O(n);
当然，在某些特殊情况下，我们并不一定非要进行复杂的删除操作。我们只是将需要删除的数据记录，并且 假装它以经被删除了。直到数组没有更多空间存储数据时，我们再触发一次真正的删除操作即可。

这其实就和生活中的垃圾桶类似，垃圾并没有消失，只是被“标记”成了垃圾，而直到垃圾桶塞满时，才会清理垃圾桶。

在 C 语言中，只要不是访问受限的内存，所有的内存空间都是可以自由访问的。如果疏忽会造成严重的后果。当然，Java 会自动检测。

链表结点表示
打印单链表
单链表根据索引插入结点
获取单链表的长度
打印单链表的长度
单链表删除指定索引的结点
单链表实现元素查找，返回是否存在布尔值
单链表删除指定索引的后续节点
单链表反转
递归地进行单链表反转
检测链表中是否含有环
删除倒数第 k 个结点
求中间节点
有序链表合并

public class Node{
    int data;
    Node Next;
}

public class Method {
    // 打印单链表
    public static void PrintNode (Node list){for(Node x=list;x!=null;x=x.Next)
        System.out.print(x.data+" ");
        System.out.println();}

    public static Node insert(Node first,int index,Node a){Node ret = new Node();
        ret.Next=first;// 创建一个虚拟头节点
        Node p=ret;
        while((index--)!=0) p=p.Next;
        // 完成节点的插入操作
        a.Next=p.Next;
        p.Next=a;
        // 返回真正的链表头节点地址
        return ret.Next;// 函数返回链表的头节点
    }

    public static int GetLength(Node first){
        int n=0;
        for(Node x=first;x!=null;x=x.Next){++n;}
        return n;
    }

    public static void PrintLength(Node first){System.out.println("Length :"+GetLength(first));
    }

    public static Node Delete(Node first,int index){if(index<0||index>=GetLength(first)) return first;
        else{Node ret=new Node();
        ret.Next=first;
        Node p=ret;
        while((index--)!=0) p=p.Next;
        // 完成节点的删除操作
        p.Next=p.Next.Next;
        return ret.Next;
        }
    }

    public static boolean Find(Node first,int key){for(Node x=first;x!=null;x=x.Next){if(x.data==key) return true;
        }
        return false;
    }

    public static void RemoveAfter(Node first,int index){Node ret=new Node();
        ret.Next=first;
        Node p=ret;
        while((index--)!=0) p=p.Next;
        p.Next.Next=null;

    }

    public static Node  reverse(Node list){
        Node curr=list,pre=null;
        while(curr!=null){
            Node next=curr.Next;
            curr.Next=pre;
            pre=curr;
            curr=next;
        }
        return pre;
    }

    public static Node reverseRecursively(Node head){if(head==null||head.Next==null) return head;// 递归的终止条件，返回反转后链表的头节点
        Node reversedListHead=reverseRecursively(head.Next);
        head.Next.Next=head;// 改变这两个结点之间的指向顺序
        head.Next=null;
        return  reversedListHead;// 返回反转后的链表头节点
    }

    public static boolean checkCircle(Node list){if(list==null) return false;

        Node fast=list.Next;
        Node slow=list;

        while(fast!=null&&fast.Next!=null){
            fast=fast.Next.Next;
            slow=slow.Next;

            if(slow==fast) return true;
        }
        return false;
    }

    public static Node deleteLastKth(Node list,int k){
        // 利用两个指针，fast 和 slow，它们之间差 k 个位置，判断如果 fast.Nest=null, 也就代表着 slow 这个位置就是倒数第 k 个结点
        Node fast=list;
        int i=1;
        while(fast!=null&&i<k){
            fast=fast.Next;
            ++i;
        }

        if(fast==null) return list;

        Node slow=list;
        Node prev=null;
        while(fast.Next!=null){
            fast=fast.Next;
            prev=slow;
            slow=slow.Next;
        }

        if(prev==null){list=list.Next;}else{prev.Next=prev.Next.Next;}
        return list;
    }

    public static Node findMiddleNode(Node list){if(list==null) return null;

        Node fast=list;
        Node slow=list;

        while(fast!=null&&fast.Next!=null){
            fast=fast.Next.Next;
            slow=slow.Next;
        }

        return slow;
    }

    public static Node mergeTwoLists(Node l1,Node l2){Node soldier=new Node();
        Node p=soldier;

        while(l1!=null&&l2!=null){if(l1.data<l2.data){
                p.Next=l1;
                l1=l2.Next;
            }
            else{
                p.Next=l2;
                l2=l2.Next;
            }
            p=p.Next;
        }

        if(l1!=null){p.Next=l1;}
        if(l2!=null){p.Next=l2;}
        return soldier.Next;
    }

顺序栈
链式栈

构造函数
入栈操作
出栈操作
打印操作

package Stack;

// 基于数组实现的顺序栈
public class ArrayStack {private int[] items;
    private int count;// 栈中的元素个数
    private int n;// 栈的大小
  // 初始化数组，申请一个大小为 n 的数组空间
public ArrayStack(int n){this.items=new int[n];
    this.n=n;
    this.count=0;
}

// 入栈操作
public boolean push(int item){
    // 数组空间不足，直接返回 false，入栈失败
    if(count==n) return false;
    // 将 data 放在下标为 count 的位置，并且 count 加一
    items[count]=item;
    ++count;
    return true;
}

// 出栈操作
public int pop(){
    // 栈为空，直接返回 -1;
    if(count==0) return -1;
    // 返回下标为 count- 1 的数组元素，并且栈中元素个数 count 减一
    int tmp=items[count-1];
    --count;
    return tmp;
}
public void PrintStack(){for(int i=count-1;i>=0;--i){System.out.print(items[i]+" ");
    }
    System.out.println();}
}

入栈操作
出栈操作
打印操作

package Stack;

public class LinkedListStack {
    private Node top;// 栈顶（最近添加的元素）private int N;// 元素数量
    private class Node{
        // 定义了结点的嵌套类
        int data;
        Node Next;
    }
    public boolean isEmpty(){return top==null;}
    public int size(){return N;}

    public void push(int data){/*Node newNode=new Node();
        // 判断是否为空栈
        //if(top==null) 
        newNode=top;
        top.data=data;
        top.Next=newNode;
        N++;*/
        Node newNode=top;
        top=new Node();
        top.data=data;
        top.Next=newNode;
        ++N;
    }
    public int pop(){
        // 从栈顶删除元素
        if(top==null) return -1;// 这里用 - 1 表示栈中没有数据
        int data=top.data;
        top=top.Next;
        N--;
        return data;
    }
    public void PrintStack(){for(Node x=top;x!=null;x=x.Next){System.out.print(x.data+" ");
        }
        System.out.println();}

}

基于数组实现的普通队列
基于链表实现的队列
基于数组实现的循环队列

构造函数
入队操作
出队操作
打印队列中的元素

package Queue;

// 用数组实现队列
public class ArrayQueue {
    // 数组：items，数组大小：n
    private int[] items;
    private int n=0;
    //head 表示队头下标，tail 表示队尾下标
    private int head=0;
    private int tail=0;

    // 申请一个大小为 capacity 的数组
    public ArrayQueue(int capacity){items=new int[capacity];
        n=capacity;
    }

    // 入队(一), 基础版
    public boolean enqueue(int item){
        // 如果 tail==n，表示队列末尾已经没有空间了
        if(tail==n) return false;
        items[tail]=item;
        ++tail;
        return true;
    }

    // 入队（二），改进版
    public boolean enqueue1(int item){
        // 如果 tail==n，表示队列末尾已经没有空间了
        if(tail==n){
            //tail==n&&head==0, 表示整个队列都占满了
            if(head==0) return false;
            // 数据搬移
            for(int i=head;i<tail;++i){items[i-head]=items[i];
            }
            // 搬移完成后重新更新 head 和 tail
            tail=tail-head;
            head=0;
        }
        items[tail]=item;
        ++tail;
        return true;
    }

    // 出队
    public int dequeue(){
        // 如果 head==tail，表示队列为空
        if(head==tail) return -1;// 这里用 - 1 表示队列为空
        int ret=items[head];
        ++head;
        return ret;
    }

    // 打印队列
    public void PrintQueue(){for(int i=head;i<tail;++i){System.out.print(items[i]+" ");
        }
        System.out.println();}

}

构造函数
入队操作
出队操作
打印队列中的元素

package Queue;

// 基于链表实现的队列
public class LinkedListQueue {

    private Node head;// 指向最早添加的结点的链接
    private Node tail;// 指向最近添加的结点的链接
    private int N;// 队列中的元素数量
    private class Node{
        // 定义了结点的嵌套类
        int data;
        Node Next;
    }
    public boolean isEmpty(){return head==null;}
    public int size(){ return N;}

    // 向表尾添加元素, 即入队
    public void enqueue(int data){
        Node newNode=tail;
        tail=new Node();
        tail.data=data;
        tail.Next=null;
        if(isEmpty()) head=tail;
        else newNode.Next=tail;
        ++N;
    }
    public int dequeue(){
        // 从表头删除元素
        int data=head.data;
        head=head.Next;
        if(isEmpty()) tail=null;
        N--;
        return data;
    }

    // 打印输出队列元素
    public void PrintQueue(){for(Node x=head;x!=null;x=x.Next){System.out.print(x.data+" ");
        }
        System.out.println();}
}

构造函数
入队操作
出队操作
打印队列中的元素

package Queue;

public class CircularQueue {
    // 数组 items，数组大小 n
    private int[] items;
    private int n=0;
    //head 表示队头下标，tail 表示队尾下标
    private int head=0;
    private int tail=0;

    // 申请一个大小为 capacity 的数组
    public CircularQueue(int capacity){items = new int[capacity];
        n=capacity;
    }

    // 入队
    public boolean enqueue(int item){
        // 队列满了
        if((tail+1)%n==head) return false;
        items[tail]=item;
        tail=(tail+1)%n;// 实现计数的循环
        return true;
    }

    // 出队
    public int dequeue(){
        // 如果 head==tail，表示队列为空
        if(head==tail) return -1;// 以 - 1 表示队列为空
        int ret=items[head];
        head=(head+1)%n;
        return ret;
    }

    // 打印队列
    public void PrintQueue(){if(n==0) return;
        for(int i=head;i%n!=tail;i=(i+1)%n){System.out.print(items[i]+" ");
        }
        System.out.println();}
}

文章代码太多，我本来是希望分成几篇文章写的，但是由于一些原因，最终放在了一起，略显臃肿。代码都是经过测试用例测试过的，应该不会有错误。

如果体验不太好，可以移步我的 Github, 里面观感较好。

题外话：对于算法初学者，推荐一本十分 nice 的书籍 《算法第四版》，里面各种配图十分详细。如果你需要电子版文件，后台回复 算法 4 即可获得下载链接。后台回复 算法 01 送你一份算法与数据结构思维导图。最后，希望我们一起进步，一起成长！

正文完

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发表至： java

2020-06-27

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关于java:常用的Linux命令

关于java:MyBatis-Generator-代码自动生成器从此解放你的双手

关于java:还在用-POI试试-EasyExcel轻松导出-100W-数据不卡死好用到爆

Java8HashMap之tableSizeFor

spring-data操作ES简直不能再香

线性表数组链表队列栈详细总结

1. 数组

低效的“插入”和“删除”

插入操作

删除操作

警惕数组访问越界

2. 链表

链表结点表示

打印单链表

单链表根据索引插入结点

获取单链表的长度

打印单链表的长度

单链表删除指定索引的结点

单链表实现元素查找，返回是否存在布尔值

单链表删除指定索引的后续节点

单链表反转

递归地进行单链表反转

检测链表中是否含有环

删除倒数第 k 个结点

求中间节点

有序链表合并

3. 栈

1. 基于数组实现的顺序栈

2. 基于链表的链式栈

4. 普通队列

1. 基于数组实现的普通队列

2. 基于链表实现的队列

3. 基于数组实现的循环队列

说明

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