线性表之顺序表和链表
2017-09-01 16:00
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线性表之顺序表与单链表的区别及优缺点
标签:单链表顺序表优缺点时间复杂度线性表
2016-03-23 23:43
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C/C++(44)
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这里比较的是是基于C语言实现的顺序表与单链表,与其他语言的实现可能会有差异,但我相信语言是相通的,它们的实现机制应该也差不多。
1、What
什么是顺序表和单链表
①顺序表:
顺序表是在计算机内存中以数组的形式保存的线性表,是指用一组地址连续的存储单元依次存储数据元素的线性结构。只要确定了起始位置,表中任一元素的地址都通过下列公式得到:LOC(ai)=LOC(a1)+(i-1)*L 1≤i≤n 其中,L是元素占用存储单元的长度。
②单链表:
单链表是一种链式存取的数据结构,用一组地址任意的存储单元存放线性表中的数据元素。它的数据是以结点(类型一般为结构体)来表示的,每个结点的构成:数据(类型为要存储的数据的类型) + 指针(结构体指针),数据就是链表里具体要存储的东西,指针就是用来把每个节点都连接起来,使它们形成一个链状。
结点:
链表:
2、Compare
二者的优缺点比较
①空间上的比较(Space)
a. 空间的开辟:
顺序表的实现一般是实现连续开辟一段空间,然后在进行数据的增删查改(静态顺序表),所以顺序表一般是固定空间大小的;而单链表则是一次只开辟一个结点的空间,用来存储当前要保存的数据及指向下一个结点或NULL的指针,所以单链表的空间大小时动态变化的。(当然,顺序表也可以在初始化时利用malloc函数来开辟一块空间,每当空间不够用时,再用realloc来把当前空间扩容成2倍,从而也能实现空间的动态变化(动态顺序表))。
、
b. 空间的使用:
当我们不知道要存储多少数据时,用顺序表来开辟的空间如果太大,就会造成一定程度上的浪费,而用单链表是实现时,因为是每需要存储一个数据时,才开辟一个空间,虽然有非数据项的指针占空间,但相比顺序表来说,浪费不是那么明显;反之,当我们知道存储的数据的数量时,用顺序表来开辟对应的空间大小,来存储数据,因为顺序表中每个元素的存储密度为 1,就完全不会有浪费的空间,而用单链表,因为每个结点都会有非数据项得指针,那么就会造成空间的浪费。再者,编译器会为每个程序从内存上分配一段空间,给该程序使用。然而我们每次开辟空间时都是在随机的位置开辟的,那么使用单链表,就会多次的在程序分配到的这块空间上开辟空间,因为每次都是开辟的位置都是随机的,那么可能会把这块空间搞得七零八碎,出现很多小的一般使用不到的碎片空间,这样很大程度上造成了空间的浪费,而使用顺序表的话,不会经常开辟空间,这样就减少了碎片空间的出现,那么就一定程度上节省了空间。
c. 对CPU高速缓存的影响:
因为顺序表的空间一般是连续开辟的,而且一次会开辟存储多个元素的空间,所以在使用顺序表时,可以一次把多个数据写入高速缓存,再写入主存,顺序表的CPU高速缓存效率更高,且CPU流水线也不会总是被打断;而单链表是每需要存储一个数据才开辟一次空间,所以每个数据存储时都要单独的写入高速缓存区,再写入主存,这样就造成了,单链表CPU高速缓存效率低,且CPU流水线会经常被打断。
从这儿看,貌似顺序表要更好一些,真是如此吗?继续看下去。
②时间上的比较(Time)
a. 访问随机元素的时间复杂度:
因为顺序表的结构就像是数组一样,可以用下标来访问它的元素,所以它的元素是支持随机访问的;相比之下,单链表的数据是链式存储的,它的元素是不支持随机访问的,想要知道某个元素,只能从头结点开始遍历整个链表,知道找到了该元素为止。因此顺序表访问随机元素的时间复杂度是O(1),而单链表访问随机元素的平均时间复杂度是O(n)。
b. 随机位置插入、删除元素的时间复杂度:
因为顺序表的元素是连续存储的,因此要在特定位置插入、删除元素需要把它之后的元素全部后移或前移一个元素的位置,时间开销很大;而单链表在插入或删除元素时,只需要改变它的前驱元素及插入或删除元素的指向即可。因此,顺序表在插入随机位置插入、删除元素的平均时间复杂度是O(n),单链表在插入随机位置插入、删除元素的时间复杂度是O(1)。
一般来说线性表(顺序表和单链表都属于线性表)的插入删除操作会被执行的频繁一些,因此,使用单链表的频率较大。
3、Summary
综合上述所言,顺序表和单链表各有各的优缺点,使用哪一种会好一些要结合具体的问题而言,不能一概而论。
比如:
在查询操作使用的比较频繁时,使用顺序表会好一些;在插入、删除操作使用的比较频繁时,使用单链表会好一些。
PS:使用顺序表和链表都必须满足每个元素占有相同大小的内存空间,并且这个大小是固定的
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