一、什么是链表?
1.和数组一样,链表也是一种线性表。
2.从内存结构来看,链表的内存结构是不连续的内存空间,是将一组零散的内存块串联起来,从而进行数据存储的数据结构。
3.链表中的每一个内存块被称为节点Node。结点除了存储数据外,还需记录链上下一个结点的地址,即后继指针next。
二、为什么使用链表?(链表的特点)
1.插入、删除效率高,时间复杂度为 O(1) 级别(只需更改指针指向即可),随机访问效率低,时间复杂度为 O(n) 级别(需要从链头至链尾进行遍历)。
2.和数组相比,内存空间消耗更大,因为每个存储数据的节点都需要额外的空间存储后继指针。
三、常见的链表结构
1.单链表
1)每个节点只包含一个指针,即后继指针。
2)单链表有两个特殊的节点,即首节点和尾节点
为什么特殊?
- 用首节点地址表示整条链表
- 尾节点的后继指针指向空地址null
3)性能特点
插入和删除节点的时间复杂度为O(1)
查找的时间复杂度为O(n)
2.循环链表
循环链表是一种特殊的单链表,除了尾节点的后继指针指向首节点的地址外均与单链表一致
和单链表相比,循环链表的优点是从链表到链头比较方便。
适用于存储有循环特点的数据,如约瑟夫问题
3.双向链表
1)节点除了存储数据外,还有两个地址分别指向前一个节点地址(前驱指针prev)和下一个节点地址(后继指针next)
2)首节点的前驱指针prev和尾节点的后继指针均指向空地址
3)性能特点:
和单链表相比,存储相同的数据,需要消耗更多的存储空间。
插入、删除操作比单链表效率更高,为O(1)级别
以删除操作为例,删除操作分为2种情况:
- 给定数据值删除对应节点
- 给定节点地址删除节点
对于前一种情况,单链表和双向链表都需要从头到尾进行遍历,从而找到对应节点进行删除。
对于第二种情况,要进行删除操作必须找到前驱节点,单链表需要从头到尾进行遍历直到p->next = q,时间复杂度为O(n),而双向链表可以直接找到前驱节点,时间复杂度为O(1).
对于一个有序链表,双向链表的按值查询效率要比单链表高一些。
因为我们可以记录上次查找的位置p,每一次查询时,根据要查找的值与p的大小关系,决定是往前还是往后查找,所以平均只需要查找一半的数据。