數組鏈表堆棧和隊列

 

數組鏈表堆棧和隊列

    


數組鏈表堆棧和隊列是最基本的資料結構，任何程式都會涉及到其中的一種或多種。

 

1


數組

    


數組是最最基本的資料結構，很多語言都內建支援數組。數組是使用一塊連續的記憶體空間儲存資料，儲存的資料的個數在分配記憶體的時候就是確定的：

圖

1.1

包含

n

個資料的數組

    

訪問數組中第

n

個資料的時間花費是

O(1)

但是要在數組中尋找一個指定的資料則是

O(N)

。當向數組中插入或者刪除資料的時候，最好的情況是在數組的末尾進行操作，時間複雜度是

O(1)

，但是最壞情況是插入或者刪除第一個資料，時間複雜度是

O(N)

。在數組的任意位置插入或者刪除資料的時候，後面的資料全部需要移動，移動的資料還是和資料個數有關所以總體的時間複雜度仍然是

O(N)

。

圖

1.2

向數組中插入資料

 

2


鏈表

    

鏈表是在非連續的記憶體單元中儲存資料，並且通過指標將各個記憶體單元連結在一起，最有一個節點的指標指向

NULL

。鏈表不需要提前分配固定大小儲存空間，當需要儲存資料的時候分配一塊記憶體並將這塊記憶體插入鏈表中。

    

在鏈表中尋找第

n

個資料以及尋找指定的資料的時間複雜度是

O(N)

，但是插入和刪除資料的時間複雜度是

O(1)

，因為只需要調整指標就可以：

圖

2.1

鏈表

圖

2.2

向鏈表中插入一個資料

圖

2.3

從鏈表中刪除一個資料

    


向上面這樣的鏈表結構在插入和刪除的時候編程會比較困難，因為需要記住當前節點的前一個節點，這樣才能完成插入和刪除。為了簡便通常使用帶有前端節點的鏈表：

圖

2.4

帶有前端節點的單鏈表

    


上面的鏈表是單鏈表，此外還有雙鏈表，就是節點中包含指向下一個節點的指標和指向上一個節點的指標：

圖

2.5

雙向鏈表

    


不帶有前端節點的雙向鏈表在插入和刪除資料的時候也不會出現單鏈表那樣的問題。此外還有一種鏈表是迴圈鏈表，它是將雙向鏈表的頭尾相接：

圖

2.6

雙向迴圈鏈表

    


向迴圈雙向鏈表和迴圈鏈表中插入或者從中刪除資料只是多移動幾個指標。

 

3


堆棧

    

堆棧實現了一種後進先出的語義

(LIFO)

。可以使用數組或者是鏈表來實現它：

圖

3.1

堆棧

    


對於堆棧中的資料的所有操作都是在棧的頂部完成的，只可以查看棧頂部的資料，只能夠向棧的頂部壓入資料，也只能從棧的頂部彈出資料。

 

4


隊列

    

隊列實現了先入先出的語義

(FIFO)

。隊列也可以使用數組和鏈表來實現：

圖

4.1

隊列

        


隊列只允許在隊尾添加資料，在隊頭刪除資料。但是可以查看隊頭和隊尾的資料。還有一種是雙端隊列，在兩端都可以插入和刪除：

圖

4.2

雙端隊列