数据结构之线性表

线性表顺序存储结构

顺序存储结构,在存、读数据时,不管是哪个位置,时间复杂度都是O(1),而插入或删除时,时间复杂度都是O(n)。这说明,它比较适合元素个数不太变化,而更多的是存取数据的应用。

在这里插入图片描述


#include "stdio.h"    

#include "stdlib.h"   
#include "io.h"  
#include "math.h"  
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;          /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码,如OK等 */
typedef int ElemType;        /* ElemType类型根据实际情况而定,这里假设为int */


Status visit(ElemType c)
{
    printf("%d ",c);
    return OK;
}

typedef struct
{
	ElemType data[MAXSIZE];        /* 数组,存储数据元素 */
	int length;                                /* 线性表当前长度 */
}SqList;

/* 初始化顺序线性表 */
Status InitList(SqList *L) 
{ 
    L->length=0;
    return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在。操作结果:若L为空表,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status ListEmpty(SqList L)
{ 
	if(L.length==0)
		return TRUE;
	else
		return FALSE;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在。操作结果:将L重置为空表 */
Status ClearList(SqList *L)
{ 
    L->length=0;
    return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在。操作结果:返回L中数据元素个数 */
int ListLength(SqList L)
{
	return L.length;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果:用e返回L中第i个数据元素的值,注意i是指位置,第1个位置的数组是从0开始 */
Status GetElem(SqList L,int i,ElemType *e)
{
    if(L.length==0 || i<1 || i>L.length)
            return ERROR;
    *e=L.data[i-1];

    return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果:返回L中第1个与e满足关系的数据元素的位序。 */
/* 若这样的数据元素不存在,则返回值为0 */
int LocateElem(SqList L,ElemType e)
{
    int i;
    if (L.length==0)
            return 0;
    for(i=0;i<L.length;i++)
    {
            if (L.data[i]==e)
                    break;
    }
    if(i>=L.length)
            return 0;

    return i+1;
}


/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L), */
/* 操作结果:在L中第i个位置之前插入新的数据元素e,L的长度加1 */
Status ListInsert(SqList *L,int i,ElemType e)
{ 
	int k;
	if (L->length==MAXSIZE)  /* 顺序线性表已经满 */
		return ERROR;
	if (i<1 || i>L->length+1)/* 当i比第一位置小或者比最后一位置后一位置还要大时 */
		return ERROR;

	if (i<=L->length)        /* 若插入数据位置不在表尾 */
	{
		for(k=L->length-1;k>=i-1;k--)  /* 将要插入位置之后的数据元素向后移动一位 */
			L->data[k+1]=L->data[k];
	}
	L->data[i-1]=e;          /* 将新元素插入 */
	L->length++;

	return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果:删除L的第i个数据元素,并用e返回其值,L的长度减1 */
Status ListDelete(SqList *L,int i,ElemType *e) 
{ 
    int k;
    if (L->length==0)               /* 线性表为空 */
		return ERROR;
    if (i<1 || i>L->length)         /* 删除位置不正确 */
        return ERROR;
    *e=L->data[i-1];
    if (i<L->length)                /* 如果删除不是最后位置 */
    {
        for(k=i;k<L->length;k++)/* 将删除位置后继元素前移 */
			L->data[k-1]=L->data[k];
    }
    L->length--;
    return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果:依次对L的每个数据元素输出 */
Status ListTraverse(SqList L)
{
	int i;
    for(i=0;i<L.length;i++)
            visit(L.data[i]);
    printf("\n");
    return OK;
}

void unionL(SqList *La,SqList Lb)
{
	int La_len,Lb_len,i;
	ElemType e;
	La_len=ListLength(*La);
	Lb_len=ListLength(Lb);
	for (i=1;i<=Lb_len;i++)
	{
		GetElem(Lb,i,&e);
		if (!LocateElem(*La,e))
			ListInsert(La,++La_len,e);
	}
}

int main()
{
        
    SqList L;
	SqList Lb;
    
    ElemType e;
    Status i;
    int j,k;
    i=InitList(&L);
    printf("初始化L后:L.length=%d\n",L.length);
    for(j=1;j<=5;j++)
            i=ListInsert(&L,1,j);
    printf("在L的表头依次插入1~5后:L.data=");
    ListTraverse(L); 

    printf("L.length=%d \n",L.length);
    i=ListEmpty(L);
    printf("L是否空:i=%d(1:是 0:否)\n",i);

    i=ClearList(&L);
    printf("清空L后:L.length=%d\n",L.length);
    i=ListEmpty(L);
    printf("L是否空:i=%d(1:是 0:否)\n",i);

    for(j=1;j<=10;j++)
            ListInsert(&L,j,j);
    printf("在L的表尾依次插入1~10后:L.data=");
    ListTraverse(L); 

    printf("L.length=%d \n",L.length);

    ListInsert(&L,1,0);
    printf("在L的表头插入0后:L.data=");
    ListTraverse(L); 
    printf("L.length=%d \n",L.length);

    GetElem(L,5,&e);
    printf("第5个元素的值为:%d\n",e);
    for(j=3;j<=4;j++)
    {
            k=LocateElem(L,j);
            if(k)
                    printf("第%d个元素的值为%d\n",k,j);
            else
                    printf("没有值为%d的元素\n",j);
    }
    

    k=ListLength(L); /* k为表长 */
    for(j=k+1;j>=k;j--)
    {
            i=ListDelete(&L,j,&e); /* 删除第j个数据 */
            if(i==ERROR)
                    printf("删除第%d个数据失败\n",j);
            else
                    printf("删除第%d个的元素值为:%d\n",j,e);
    }
    printf("依次输出L的元素:");
    ListTraverse(L); 

    j=5;
    ListDelete(&L,j,&e); /* 删除第5个数据 */
    printf("删除第%d个的元素值为:%d\n",j,e);

    printf("依次输出L的元素:");
    ListTraverse(L); 

	//构造一个有10个数的Lb
	i=InitList(&Lb);
    for(j=6;j<=15;j++)
            i=ListInsert(&Lb,1,j);

	unionL(&L,Lb);

	printf("依次输出合并了Lb的L的元素:");
    ListTraverse(L); 

    return 0;
}


线性表的链式存储结构

链式存储查找O(n),插入删除O(1)。相比顺序存储,不需要预分配存储空间,元素个数不受限制。
在这里插入图片描述

#include "stdio.h"    
#include "string.h"
#include "ctype.h"      
#include "stdlib.h"   
#include "io.h"  
#include "math.h"  
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;/* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码,如OK等 */
typedef int ElemType;/* ElemType类型根据实际情况而定,这里假设为int */


Status visit(ElemType c)
{
	printf("%d ", c);
	return OK;
}

typedef struct Node
{
	ElemType data;
	struct Node *next;
}Node;
typedef struct Node *LinkList; /* 定义LinkList */

							   /* 初始化顺序线性表 */
Status InitList(LinkList *L)
{
	*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* 产生头结点,并使L指向此头结点 */
	if (!(*L)) /* 存储分配失败 */
		return ERROR;
	(*L)->next = NULL; /* 指针域为空 */

	return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在。操作结果:若L为空表,则返回TRUE,否则返回FALSE */
Status ListEmpty(LinkList L)
{
	if (L->next)
		return FALSE;
	else
		return TRUE;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在。操作结果:将L重置为空表 */
Status ClearList(LinkList *L)
{
	LinkList p, q;
	p = (*L)->next;           /*  p指向第一个结点 */
	while (p)                /*  没到表尾 */
	{
		q = p->next;
		free(p);
		p = q;
	}
	(*L)->next = NULL;        /* 头结点指针域为空 */
	return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在。操作结果:返回L中数据元素个数 */
int ListLength(LinkList L)
{
	int i = 0;
	LinkList p = L->next; /* p指向第一个结点 */
	while (p)
	{
		i++;
		p = p->next;
	}
	return i;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果:用e返回L中第i个数据元素的值 */
Status GetElem(LinkList L, int i, ElemType *e)
{
	int j;
	LinkList p;		/* 声明一结点p */
	p = L->next;		/* 让p指向链表L的第一个结点 */
	j = 1;		/*  j为计数器 */
	while (p && j<i)  /* p不为空或者计数器j还没有等于i时,循环继续 */
	{
		p = p->next;  /* 让p指向下一个结点 */
		++j;
	}
	if (!p || j>i)
		return ERROR;  /*  第i个元素不存在 */
	*e = p->data;   /*  取第i个元素的数据 */
	return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果:返回L中第1个与e满足关系的数据元素的位序。 */
/* 若这样的数据元素不存在,则返回值为0 */
int LocateElem(LinkList L, ElemType e)
{
	int i = 0;
	LinkList p = L->next;
	while (p)
	{
		i++;
		if (p->data == e) /* 找到这样的数据元素 */
			return i;
		p = p->next;
	}

	return 0;
}


/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L), */
/* 操作结果:在L中第i个位置之前插入新的数据元素e,L的长度加1 */
Status ListInsert(LinkList *L, int i, ElemType e)
{
	int j;
	LinkList p, s;
	p = *L;
	j = 1;
	while (p && j < i)     /* 寻找第i个结点 */
	{
		p = p->next;
		++j;
	}
	if (!p || j > i)
		return ERROR;   /* 第i个元素不存在 */
	s = (LinkList)malloc(sizeof(Node));  /*  生成新结点(C语言标准函数) */
	s->data = e;
	s->next = p->next;      /* 将p的后继结点赋值给s的后继  */
	p->next = s;          /* 将s赋值给p的后继 */
	return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果:删除L的第i个数据元素,并用e返回其值,L的长度减1 */
Status ListDelete(LinkList *L, int i, ElemType *e)
{
	int j;
	LinkList p, q;
	p = *L;
	j = 1;
	while (p->next && j < i)	/* 遍历寻找第i个元素 */
	{
		p = p->next;
		++j;
	}
	if (!(p->next) || j > i)
		return ERROR;           /* 第i个元素不存在 */
	q = p->next;
	p->next = q->next;			/* 将q的后继赋值给p的后继 */
	*e = q->data;               /* 将q结点中的数据给e */
	free(q);                    /* 让系统回收此结点,释放内存 */
	return OK;
}

/* 初始条件:顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果:依次对L的每个数据元素输出 */
Status ListTraverse(LinkList L)
{
	LinkList p = L->next;
	while (p)
	{
		visit(p->data);
		p = p->next;
	}
	printf("\n");
	return OK;
}

/*  随机产生n个元素的值,建立带表头结点的单链线性表L(头插法) */
void CreateListHead(LinkList *L, int n)
{
	LinkList p;
	int i;
	srand(time(0));                         /* 初始化随机数种子 */
	*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
	(*L)->next = NULL;                      /*  先建立一个带头结点的单链表 */
	for (i = 0; i<n; i++)
	{
		p = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); /*  生成新结点 */
		p->data = rand() % 100 + 1;             /*  随机生成100以内的数字 */
		p->next = (*L)->next;
		(*L)->next = p;						/*  插入到表头 */
	}
}

/*  随机产生n个元素的值,建立带表头结点的单链线性表L(尾插法) */
void CreateListTail(LinkList *L, int n)
{
	LinkList p, r;
	int i;
	srand(time(0));                      /* 初始化随机数种子 */
	*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* L为整个线性表 */
	r = *L;                                /* r为指向尾部的结点 */
	for (i = 0; i<n; i++)
	{
		p = (Node *)malloc(sizeof(Node)); /*  生成新结点 */
		p->data = rand() % 100 + 1;           /*  随机生成100以内的数字 */
		r->next = p;                        /* 将表尾终端结点的指针指向新结点 */
		r = p;                            /* 将当前的新结点定义为表尾终端结点 */
	}
	r->next = NULL;                       /* 表示当前链表结束 */
}

int main()
{
	LinkList L;
	ElemType e;
	Status i;
	int j, k;
	i = InitList(&L);
	printf("初始化L后:ListLength(L)=%d\n", ListLength(L));
	for (j = 1; j <= 5; j++)
		i = ListInsert(&L, 1, j);
	printf("在L的表头依次插入1~5后:L.data=");
	ListTraverse(L);

	printf("ListLength(L)=%d \n", ListLength(L));
	i = ListEmpty(L);
	printf("L是否空:i=%d(1:是 0:否)\n", i);

	i = ClearList(&L);
	printf("清空L后:ListLength(L)=%d\n", ListLength(L));
	i = ListEmpty(L);
	printf("L是否空:i=%d(1:是 0:否)\n", i);

	for (j = 1; j <= 10; j++)
		ListInsert(&L, j, j);
	printf("在L的表尾依次插入1~10后:L.data=");
	ListTraverse(L);

	printf("ListLength(L)=%d \n", ListLength(L));

	ListInsert(&L, 1, 0);
	printf("在L的表头插入0后:L.data=");
	ListTraverse(L);
	printf("ListLength(L)=%d \n", ListLength(L));

	GetElem(L, 5, &e);
	printf("第5个元素的值为:%d\n", e);
	for (j = 3; j <= 4; j++)
	{
		k = LocateElem(L, j);
		if (k)
			printf("第%d个元素的值为%d\n", k, j);
		else
			printf("没有值为%d的元素\n", j);
	}


	k = ListLength(L); /* k为表长 */
	for (j = k + 1; j >= k; j--)
	{
		i = ListDelete(&L, j, &e); /* 删除第j个数据 */
		if (i == ERROR)
			printf("删除第%d个数据失败\n", j);
		else
			printf("删除第%d个的元素值为:%d\n", j, e);
	}
	printf("依次输出L的元素:");
	ListTraverse(L);

	j = 5;
	ListDelete(&L, j, &e); /* 删除第5个数据 */
	printf("删除第%d个的元素值为:%d\n", j, e);

	printf("依次输出L的元素:");
	ListTraverse(L);

	i = ClearList(&L);
	printf("\n清空L后:ListLength(L)=%d\n", ListLength(L));
	CreateListHead(&L, 20);
	printf("整体创建L的元素(头插法):");
	ListTraverse(L);

	i = ClearList(&L);
	printf("\n删除L后:ListLength(L)=%d\n", ListLength(L));
	CreateListTail(&L, 20);
	printf("整体创建L的元素(尾插法):");
	ListTraverse(L);
	system("pause");

	return 0;
}


静态链表

对于有些没有指针的语言,若是要实现链表结构,可以使用数组来代替指针来描述指针。游标cur相当于next指针,存放着该元素的后继在数组中的下标。

静态链表在插入和删除时,只需要修改游标,不需要移动数据,从而改进了顺序存储插入删除移动大量元素的缺点;但静态链表没有解决存储结构表长难以确定的问题,失去了顺序存储结构随机存取的特性。

在这里插入图片描述

#include "string.h"
#include "ctype.h"      

#include "stdio.h"    
#include "stdlib.h"   
#include "io.h"  
#include "math.h"  
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define MAXSIZE 1000 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;           /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码,如OK等 */
typedef char ElemType;        /* ElemType类型根据实际情况而定,这里假设为char */


Status visit(ElemType c)
{
	printf("%c ", c);
	return OK;
}

/* 线性表的静态链表存储结构 */
typedef struct
{
	ElemType data;
	int cur;  /* 游标(Cursor) ,为0时表示无指向 */
} Component, StaticLinkList[MAXSIZE];


/* 将一维数组space中各分量链成一个备用链表,space[0].cur为头指针,"0"表示空指针 */
Status InitList(StaticLinkList space)
{
	int i;
	for (i = 0; i<MAXSIZE - 1; i++)
		space[i].cur = i + 1;
	space[MAXSIZE - 1].cur = 0; /* 目前静态链表为空,最后一个元素的cur为0 */
	return OK;
}


/* 若备用空间链表非空,则返回分配的结点下标,否则返回0 */
int Malloc_SSL(StaticLinkList space)
{
	int i = space[0].cur;           		/* 当前数组第一个元素的cur存的值 */
											/* 就是要返回的第一个备用空闲的下标 */
	if (space[0].cur)
		space[0].cur = space[i].cur;       /* 由于要拿出一个分量来使用了, */
										   /* 所以我们就得把它的下一个 */
										   /* 分量用来做备用 */
	return i;
}


/*  将下标为k的空闲结点回收到备用链表 */
void Free_SSL(StaticLinkList space, int k)
{
	space[k].cur = space[0].cur;    /* 把第一个元素的cur值赋给要删除的分量cur */
	space[0].cur = k;               /* 把要删除的分量下标赋值给第一个元素的cur */
}

/* 初始条件:静态链表L已存在。操作结果:返回L中数据元素个数 */
int ListLength(StaticLinkList L)
{
	int j = 0;
	int i = L[MAXSIZE - 1].cur;
	while (i)
	{
		i = L[i].cur;
		j++;
	}
	return j;
}

/*  在L中第i个元素之前插入新的数据元素e   */
Status ListInsert(StaticLinkList L, int i, ElemType e)
{
	int j, k, l;
	k = MAXSIZE - 1;   /* 注意k首先是最后一个元素的下标 */
	if (i < 1 || i > ListLength(L) + 1)
		return ERROR;
	j = Malloc_SSL(L);   /* 获得空闲分量的下标 */
	if (j)
	{
		L[j].data = e;   /* 将数据赋值给此分量的data */
		for (l = 1; l <= i - 1; l++)   /* 找到第i个元素之前的位置 */
			k = L[k].cur;
		L[j].cur = L[k].cur;    /* 把第i个元素之前的cur赋值给新元素的cur */
		L[k].cur = j;           /* 把新元素的下标赋值给第i个元素之前元素的ur */
		return OK;
	}
	return ERROR;
}

/*  删除在L中第i个数据元素   */
Status ListDelete(StaticLinkList L, int i)
{
	int j, k;
	if (i < 1 || i > ListLength(L))
		return ERROR;
	k = MAXSIZE - 1;
	for (j = 1; j <= i - 1; j++)
		k = L[k].cur;
	j = L[k].cur;
	L[k].cur = L[j].cur;
	Free_SSL(L, j);
	return OK;
}

Status ListTraverse(StaticLinkList L)
{
	int j = 0;
	int i = L[MAXSIZE - 1].cur;
	while (i)
	{
		visit(L[i].data);
		i = L[i].cur;
		j++;
	}
	return j;
	printf("\n");
	return OK;
}


int main()
{
	StaticLinkList L;
	Status i;
	i = InitList(L);
	printf("初始化L后:L.length=%d\n", ListLength(L));

	i = ListInsert(L, 1, 'F');
	i = ListInsert(L, 1, 'E');
	i = ListInsert(L, 1, 'D');
	i = ListInsert(L, 1, 'B');
	i = ListInsert(L, 1, 'A');

	printf("\n在L的表头依次插入FEDBA后:\nL.data=");
	ListTraverse(L);

	i = ListInsert(L, 3, 'C');
	printf("\n在L的“B”与“D”之间插入“C”后:\nL.data=");
	ListTraverse(L);

	i = ListDelete(L, 1);
	printf("\n在L的删除“A”后:\nL.data=");
	ListTraverse(L);

	printf("\n");
	system("pause");
	return 0;
}


使用STL实现list链表

函数功能复杂度
size()表长O(1)
begin()返回指向表开头的迭代器O(1)
end()返回指向表末尾的迭代器O(1)
push_front(x)在表的开头添加元素xO(1)
push_back(x)在表的末尾添加元素xO(1)
pop_front()删除位于表开头的元素O(1)
pop_back()删除位于表末尾的元素O(1)
insert(a,x)在a处插入元素xO(1)
erase(a)删除位置a元素O(1)
clear()清空表O(1)
#include<iostream>
#include<list>
using namespace std;

int main() {
	list<char> L;

	L.push_front('b');//[b]
	L.push_back('c');//[bc]
	L.push_front('a');//[abc]

	cout << L.front();//返回打印头元素a
	cout << L.back();//返回打印尾元素c

	L.pop_front();//[bc]
	L.push_back('d');//[bcd]

	cout << L.front();//返回打印头元素b
	cout << L.back() << endl;//返回打印尾元素d

	system("pause");
	return 0;
}
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