2024年05月16日【链表学习笔记】

本文主要是介绍2024年05月16日【链表学习笔记】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

以下是一些与链表概念相关的问题，这些问题可以帮助你评估自己对链表的理解：

1.基本概念

1.什么是链表？

一种线性表数据结构，这种数据结构使用一组人意的存储单元，，用于存储同类型的数据元素

2.链表与数组有什么区别？

链表和数组是两种常见的数据结构，它们在存储方式和操作特性上有着本质的不同：

存储方式：
- 数组：在内存中连续存储，每个元素的位置是固定的。数组的大小在创建时就已确定，如果需要改变大小，通常需要创建一个新的数组。
- 链表：存储方式不连续，每个元素（结点）包含数据和指向下一个结点的指针。链表的大小可以动态改变，通过改变结点间的指针即可插入或删除元素。
元素访问：
- 数组：支持随机访问，可以通过索引直接访问任何元素，时间复杂度为O(1)。
- 链表：不支持随机访问，访问特定位置的元素需要从头结点开始遍历，时间复杂度为O(n)。
插入和删除操作：
- 数组：插入或删除元素可能会导致大量元素的移动，因此操作的时间复杂度较高，为O(n)。
- 链表：插入或删除元素只需改变相应结点的指针，时间复杂度为O(1)（但查找特定位置的时间复杂度为O(n)）。
内存使用：
- 数组：需要一块连续的内存空间，如果内存中找不到足够大的连续空间，可能会导致内存分配失败。
- 链表：不需要连续的内存空间，可以更好地利用内存碎片。
类型：
- 数组：可以是多维的，支持多维数据的存储。
- 链表：通常是单向或双向的，也可以构成更复杂的结构，如循环链表、双向链表等。
适用场景：
- 数组：适用于频繁访问元素、元素数量固定或基本不变的场景。
- 链表：适用于频繁插入和删除元素、元素数量经常变化的场景。

3.链表有哪些常见类型？请分别描述它们的特点。

链表是一种由一系列结点组成的数据结构，每个结点包含数据部分和指针部分（通常是指向下一个结点的指针）。链表的类型主要根据指针的设置和连接方式来区分，常见的链表类型包括：
1. **单向链表（Singly Linked List）**：
- 每个结点只包含一个指针，指向列表中的下一个结点。
- 插入和删除操作简单，只需要改变指针的指向。
- 访问结点需要从头结点开始遍历，不能双向遍历。
- 通常需要一个头结点来简化插入操作和作为链表的入口。
2. **双向链表（Doubly Linked List）**：
- 每个结点包含两个指针，一个指向前一个结点，另一个指向下一个结点。
- 可以从两个方向遍历链表，即双向遍历。
- 插入和删除操作比单向链表稍微复杂，因为需要同时维护两个指针。
- 也需要一个头结点，有时候还会有一个尾结点，以便快速访问链表的头部和尾部。
3. **循环链表（Circular Linked List）**：
- 链表的最后一个结点的指针指向头结点，形成一个环。
- 可以从任意结点开始遍历整个链表。
- 可以是单向循环链表或双向循环链表。
4. **双向循环链表（Doubly Circular Linked List）**：
- 结合了双向链表和循环链表的特点，每个结点有两个指针，分别指向前一个结点和后一个结点，且头结点的前一个结点是尾结点，尾结点的后一个结点是头结点。
- 可以从任意结点开始，向两个方向遍历链表。
5. **多重链表（Multiply Linked List）**：
- 每个结点可以有多个指针，指向不同方向的结点，这种链表可以用于表示复杂的关系，如多维数组、图等。
- 插入和删除操作复杂，因为需要维护多个指针。
- 根据需要可以设计成多种形式，如三向链表、四向链表等。
6. **静态链表**：
- 使用数组来模拟链表，数组中的每个元素包含数据和下一个元素的索引。
- 插入和删除操作的时间复杂度可以降低到O(1)，因为不需要动态分配内存。
- 不适用于元素数量频繁变化的场景。
链表的选择取决于具体的应用场景和需求，不同类型的链表在插入、删除和访问操作上有着不同的效率和复杂性。

2.节点和指针的问题：

解释链表节点的结构，包括数据域和指针域。

链表节点是链表的基本组成单元，它通常包含两个主要部分：数据域和指针域。

数据域：
- 数据域用于存储节点的实际数据。这些数据可以是任何类型，如整数、浮点数、字符、字符串或其他复杂的数据结构。
- 数据域的大小通常取决于节点的具体实现和所存储数据的类型。
指针域：
- 指针域包含一个或多个指针，这些指针用于指向链表中的其他节点。
- 在单向链表中，每个节点只包含一个指针，通常称为“下一个指针”（next pointer），它指向链表中的下一个节点。
- 在双向链表中，每个节点通常包含两个指针，一个称为“前一个指针”（previous pointer），指向链表中的前一个节点；另一个是“下一个指针”，指向链表中的下一个节点。
- 在多重链表中，节点可能包含多个指针，用于指向不同方向的节点，这些指针可以用于表示更复杂的数据关系。

class Node:# 数据域def __init__(self, data):self.data = data# 指针域（对于单向链表）self.next = Noneclass DoublyNode:# 数据域def __init__(self, data):self.data = data# 指针域（对于双向链表）self.next = Noneself.prev = None# 使用示例
# 创建单向链表节点
node1 = Node(1)
node2 = Node(2)
node1.next = node2# 创建双向链表节点
doubly_node1 = DoublyNode(1)
doubly_node2 = DoublyNode(2)
doubly_node1.next = doubly_node2
doubly_node2.prev = doubly_node1

在这个例子中，Node 类代表单向链表的节点，它包含一个数据域和一个指向下一个节点的指针域。DoublyNode 类代表双向链表的节点，它包含一个数据域和两个指针域，分别指向下一个节点和前一个节点。这样，我们就可以创建链表并通过节点的指针域将它们链接起来。

在单链表中，节点的指针指向哪里？

在单链表中，节点的指针指向链表中的下一个节点。这意味着每个节点包含两个部分：

数据域：存储节点的实际数据。
指针域（或链接域）：存储下一个节点的内存地址。

链表中的最后一个节点的指针域通常指向None（在Python中）或null（在其他语言中），表示链表的结束。

以下是一个简单的单链表节点的Python表示：

class Node:def __init__(self, data):self.data = data  # 数据域self.next = None  # 指针域，初始化为None#当我们创建链表时，我们会这样链接节点：# 创建节点
node1 = Node(1)
node2 = Node(2)
node3 = Node(3)# 链接节点
node1.next = node2
node2.next = node3