列表
stl中的列表实际上是双向列表
列表节点ADT
| 成员 | 功能 |
|---|---|
| data | 数据域 |
| pred | 直接前驱 |
| succ | 直接后继 |
| 接口 | 功能 |
|---|---|
| insertAsPred | 作为直接前驱插入 |
| insertAsSucc | 作为直接后继插入 |
- 将插入的接口写在了列表中。没有想到过的设计。
- 复习下双向列表的插入。
template <typename T>
Pos(T)
LinkNode<T>::insertAsPred(const T &e)
{
Pos(T) pnode = new LinkNode<T>(e, _pred, this);
_pred->succ = pnode;
_pred = pnode;
return pnode;
}
其实就是俩个点，第一，新插入节点的前缀指向原来的前缀，原来前缀的后缀指向新插入的点。
第二，新插入节点的后缀指向原来节点，原来节点的前缀指向新节点
列表ADT
成员
| 成员 | 功能 |
|---|---|
| _size | 维护列表节点数目 |
| _header | 头哨兵 |
| _trailer | 尾哨兵 |
- 哨兵的作用在列表中可以帮我们判断很多事情。在做很多事情的时候都很方便。
- 但是对于列表的使用者来说，哨兵是隐藏的，是在构造列表对象的时候就会构造的。
- 即使这里构造的不是双向列表，而是单向列表，构造哨兵也是非常有意义的。
接口
接口一览
| 操作接口 | 功能 | 适用对象 |
|---|---|---|
| size() | 返回节点数 | 列表 |
| first() | 返回首节点位置 | 列表 |
| last() | 返回末节点位置 | 列表 |
| insertAsFirst(e) | 插入首节点 | 列表 |
| insertAsLast(e) | 插入末节点 | 列表 |
| insertBefore(e) | 插入直接前驱 | 列表 |
| insertAftere(e) | 插入直接后继 | 列表 |
| 注 | insert操作均返回新节点位置 | |
| remove(p) | 删除节点p处的位置, 返回其数值 | 列表 |
| isdisordered() | 判断列表是否有序 | 列表 |
| sort() | 排序 | 列表 |
| find(e) | 查找, 失败返回NULL | 列表 |
| search(e) | 查找, 失败返回不大于e的节点 | 有序列表 |
| deduplicate() | 去重 | 列表 |
| uniquify() | 去重 | 有序列表 |
| traverse() | 遍历 | 列表 |
通用接口
构造
因为头尾哨兵的存在，所以在构造的时候需要初始化哨兵, 且串成双向链表
_header = new LinkNode<T>();
_trailer = new LinkNode<T>();
_header->pred = nullptr; _header->succ = _trailer;
_trailer->pred = _header; _trailer->succ = nullptr;
insert
概念：
头尾节点：指的是哨兵节点。哨兵的存在大大简化了算法的实现
首末节点：指的是列表可见节点。
代码重用的思想在列表中得到非常大的体现。这里以列表的前插为例。
template <typename T>
Pos(T)
List<T>::insertBefore(Pos(T) p, const T &e)
{
return p->insertAsPred(e);
}
template <typename T>
Pos(T)
List<T>::insertAsLast(const T &e)
{
insertBefore(_trailer, e); //[1]
}
- 在一开始的时候使用的是first和last，即
insertAfter(last(), e);, 这样错误的问题在于first和last并不
能保证一直存在，比如最开始空列表的时候。 - 即使在一开始在首节点，即
insertBefore(first(), e)因为存在哨兵节点，不需要做特殊处理。
- 复制构造
- 在有了插入之后，我们就可以构造一个类似向量中copyfrom的轮子
- copyNodes();
- 实现很简单
template <typename T>
void
List<T>::copyNodes(Pos(T) p, int n)
{
while(n--)
{
insertAsLast(p->data);
p->succ;
}
}
...
List(const List &l)
{
copyNodes(l.first(), l.size());
}
find
对于列表来说，在无序情况下和有序情况下查找情况是差不多的，原因是如果我们希望访问一个节点。只能通过它
的前缀的前缀的前缀...的前缀依次访问pos才可以得到（或者是后缀），所以当前节点仅仅知道它的前一个节点和
后一个节点。
remove
- 注意语义，以前自己在构造列表删除的时候往往删除完就没有了，其实返回删除位置的数据域是一个很好的选择
- 根据删除，可以用来定义析构
~List () { while(_size) remove(_header->succ); delete _tailer; delete _header; }
唯一化
- 唯一化的时候从前向后遍历，从后向前遍历都是没有错的。这里讲下书中的思路。
template <typename T>
int
List<T>::deduplicate()
{
int oldsize = _size;
Pos(T) scan = _header, q;
int r = 0;
while((scan = scan->succ) != _trailer)
{
if((q = find(scan->data, r, scan)))
{
remove(q);
}
else{
++r;
}
}
return oldsize - _size;
}
书中的思路是一直保持scan的前缀子序列是有序的，如果遇到雷同，remove子序列中雷同节点，然后继续向下遍历。
遍历
还是向量那点东西
有序接口
查找
同无序查找的区别不同主要在于有序查找的语义不同，其返回的是不大于目标元素的的最后者
template <typename T>
Pos(T)
List<T>::search(const T &e, int n, Pos(T) p) const
{
assert(0 <= n < _size);
while(n--)
{
if((p = p->pred) <= e) // 这里的判断不同
return p;
}
return p->pred;
}
唯一化
在已经排序的情况下，进行唯一化仍然先尝试延用在向量使用的时候的思路
template <typename T>
int
List<T>::uniquify()
{
if(_size < 2)
return 0;
int oldsize = _size;
Pos(T) curr = _header->succ;
Pos(T) succ = nullptr;
while((succ = curr->succ) != _trailer)
{
if(succ->data == curr->data)
{
remove(succ);
}
else{
curr = curr->succ;
}
}
return oldsize - _size;
}
- 与无序去重区别就在于，经过排序之后，列表中的相同元素会排列在一起，所以只需要判断相邻元素是否
相同即可。如果相同就删除后者，让succ指针继续指向当前指针的后继。如果不同，调整当前指针。
排序
以下一次实现 列表版本的几种排序
- 冒泡排序
- 插入排序
- 选择排序
- 归并排序
冒泡排序
原来bubble接口语义不用改变, 但是bubbleSort接口需要改变。因为此时来说，如果和之前向量相同语义，
我们就需要让trailer对外可见，但这不是我们想要的。因此使用如下接口
class List{
...
void bubbleSort(Pos(T) p, int n) // 采取位置配合size的方式。
{
Pos(T) high = p;
while(n--)
high = high->succ;
while(p != (high = bubble(p, high)));
}
...
}
template <typename T>
Pos(T)
List<T>::bubble(Pos(T) low, Pos(T) high)
{
Pos(T) last = low;
while((low = low->succ) != high)
{
if(low->data < low->pred->data)
{
last = low;
std::swap(low->data, low->pred->data);
}
}
return last;
}
插入排序
新的排序， O(n2); 三大基础排序，冒泡排序，选择排序，插入排序。
插入排序的思想是将数组分为有序前缀和无序后缀。我更喜欢叫它为插牌排序，就是模拟抓牌的一个过程。
每抓到一张牌的时候，总是要在手里的牌检索，自小到大，插入到第一个大于新牌的前面，否则插到最后。
数组做法
void insertSort(int *arr, int low, int high)
{
int len = high - low;
int i, j, k;
for(k = 1; k < len; ++k)// k 维护无序队列，因为1个数字天然有序，所以从1开始
{
for(j = 0; j < k; ++j) // k 同时也是有序队列的上界，使用j在有序队列中遍历。
//寻找位置,必须从前向后寻找
{
if(arr[k] < arr[j]) //[1]
break;
}
int tmp = arr[k]; // 接下来就是数组的插入过程
for(i = k; i > j; --i)
{
arr[i] = arr[i-1];
}
arr[j] = tmp;
}
}
- [1] 注意为了保证稳定性，我们采取的比较方式
一个可以的优化
int binSearch(int *arr, int value, int low, int high) // 采用binSearch的方式平衡最好最坏情况
{
while(low < high)
{
int mid = (low + high) >> 1;
value <= arr[mid] ? high = mid : low = mid + 1;
}
return low;
}
void insertSort(int *arr, int low, int high)
{
int len = high - low;
int i, j, k;
for(k = 1; k < len; ++k)
{
j = binSearch(arr, arr[k], 0, k);
int tmp = arr[k];
for(i = k; i > j; --i)
{
arr[i] = arr[i-1];
}
arr[j] = tmp;
}
}
列表版本
void insertSort(Pos(T) p, int n)
{
Pos(T) scan = p;
Pos(T) high = p;
Pos(T) ret;
while(n--)
high = high->succ;
int r = 0;
while(scan != high)
{
auto pos = search(scan->data, r++, scan); //1
insertAfter(pos, scan->data);
scan = scan->succ;//2
remove(scan->pred);
}
}
- 1 列表版本可以通过search调用快速找到在有序前缀中需要插入的位置。
- 2 所示的remove方法，先走再删除是合理的，因为存在trailer，而且是比较好的方法，
如果是先删除再走的话，就需要一个新的指针来记录位置, 我的源代码中有这个实现。
选择排序
template <typename T>
void
List<T>::selectSort(Pos(T) p, int n)
{
Pos(T) high = p;
while(n--)
high = high->succ;
while(p != high)
{
std::swap(selectMax(p, high)->data , high->pred->data );
high = high->pred;
}
}
template <typename T>
Pos(T)
List<T>::selectMax(Pos(T) low, Pos(T) high)
{
Pos(T) mx = low;
while((low = low->succ) != high)
{
if(low->data >= mx->data) // [1]
mx = low;
}
return mx;
}
- [1] 为了保持稳定性，采用了这样的比较方式
归并排序
template <typename T>
void
List<T>::mergeSort(Pos(T) p, int n)
{
if( n < 2 ) return ;
Pos(T) p2 = p;
int mid = n >> 1;
int a = mid;
while(a--) p2 = p2->succ;
mergeSort(p, mid);
mergeSort(p2, n - mid);
if(p2->pred->data > p2->data)
merge(p, mid, n);
}
template <typename T>
void
List<T>::merge(Pos(T) p, int mid, int n)
{
int lenB = mid;
int lenC = n - mid;
Pos(T) A = p;
T * B = new T[mid];
for(int i = 0; i<mid; ++i)
{
B[i]= p->data;
p = p->succ;
}
Pos(T) C = p;
for(int j = 0, k = 0; j < lenB;)
{
if( lenC <= k || B[j] <= C->data )
{
A->data = B[j++];
A = A->succ;
}
if( k < lenC && C->data < B[j])
{
A->data = C->data;
A = A->succ;
C = C->succ;
++k;
}
}
delete []B;
}
- 手撸出来这个代码我觉得我已经对归并排序掌握的很深了。虽然刚开始的时候在递归中忘记添加递归基了。
逆置列表
有俩种操作
- 第一种修改前驱，后继指针。一次遍历完成。
- 第一种修改前驱，后继指针。俩次遍历完成。
- 交换指针的前驱后继
- 交换数据域
template <typename T>
void
List<T>::reverse()
{
Pos(T) first = _header;
Pos(T) second = _header->succ;
while(second != _trailer)
{
first->succ = first->pred;
first->pred = second;
first = second;
second = second->succ;
}
first->succ = first->pred;
first->pred = second;
_trailer->succ = _trailer->pred;
_trailer->pred = nullptr;
std::swap(_header, _trailer);
}
template <typename T>
void
List<T>::reverse2()
{
Pos(T) p = _header;
Pos(T) q = _header->succ;
while(p != _trailer)
{
p->pred = q;
p = q;
q = q->succ;
}
_trailer->pred = nullptr;
p = _header;
q = _header->succ;
while(p != _trailer)
{
q->succ = p;
p = q;
q = p->pred;
}
_header->succ = nullptr;
std::swap(_header, _trailer);
}
//交换指针
template <typename T>
void
List<T>::reverse3()
{
Pos(T) p = _header;
for(; p; p = p->pred)
{
std::swap(p->pred, p->succ);
}
std::swap(_header, _trailer);
}
// 交换数据
template <typename T>
void
List<T>::reverse4()
{
Pos(T) p = _header;
Pos(T) q = _trailer;
while(1)
{
p = p->succ;
if( p == q)
break;
q = q->pred;
if( p == q)
break;
std::swap(p->data, q->data);
}
}
这个其实只要画好图，就很容易理解。
单链表逆置同理，但只能利用第一个思想，即利用俩个指针，一个指向pre, 一个指向curr, 一个指向next
// 虚拟head, tail
curr = pre = NULL;
next = head;
while(next != NULL)
{
pre = curr;
curr = next;
next = next->succ;
curr->succ = pre;
}
swap(head, tail);
孪生栈的实现
需要注意的是，因为我们底层采取vector实现，比如
vector<int > ivec;
ivec.reserve(10);
ivec[9] = 1;
// 注意此时迭代器和size都不会发生任何变化。
ivec.reserve(20);
// 此时ivec会将ivec[1]抹去成一个随机值
vector<int > ivec;
ivec.reserve(10);
ivec.push_back(10);
ivec.push_back(10);
ivec.push_back(10);
ivec.reserve(20);
// 此时ivec中的3个10不会被抹去。根据stl源码很容易理解这个点
上面算是一个小坑，所以导致我们不能使用算法copy，只能手动复制。此时我们就完全将vector看做一个可变数组，只有reserve和capacity
俩个接口供给我们调用。
class TwinStack
{
public:
TwinStack () {
_data.reserve(initialStackSize);
_top1 = -1;
_top2 = _data.capacity();
_size = 0;
}
void push(char flg , int e);
int size()const { return _size; }
int top1()const { if(_top1 > -1)return _data[_top1]; }
int top2()const { if((size_t)_top2 < _data.capacity()) return _data[_top2]; }
//private:
void expand();
//private:
vector<int> _data;
int _top1;
int _top2;
int _size;
bool full()const;
static int initialStackSize;
};
int TwinStack::initialStackSize = 5;
bool
TwinStack::full()const
{
if(_top1 + 1 == _top2)
return true;
return false;
}
void
TwinStack::push(char flg , int e)
{
expand();
if(flg)
{
_data[++_top1] = e;
++_size;
}
else{
_data[--_top2] = e;
++_size;
}
}
void
TwinStack::expand()
{
if(full())
{
int oldcapacity = _data.capacity();
int capacity = 2 * oldcapacity;
vector<int> save;
for(int i = 0; i < oldcapacity; ++i)
save.push_back(_data[i]);
_data.reserve(capacity);
for(int i = 0; i < capacity; ++i)
{
_data[i] = 0;
}
for(int i = 0; i < oldcapacity; ++i)
{
_data[i] = save[i];
}
int i, j;
if(_top2 < oldcapacity)
{
for(i = capacity - 1, j = oldcapacity - 1; j >= _top2; --i, --j)
{
_data[i] = _data[j];
}
_top2 = ++i;
}
else{
_top2 = capacity;
}
}
}
void test0()
{
TwinStack ts;
srand(time(NULL));
for(int i = 0; i < 12; ++i)
{
ts.push(rand() % 2, i);
}
cout << "栈中实际的数目size:" << ts.size() << endl;
cout << "栈的容量capacity:" << ts._data.capacity() << endl;
for(int i = 0; i < ts._data.capacity() ; ++i)
{
cout << ts._data[i] << endl;
}
cout << ts.top1() << " " << ts.top2() << endl;
}
int main()
{
test0();
return 0;
}