数据结构中的链表

链表是一种线性数据结构，包含一系列相互连接的节点。链表可以定义为随机存储在内存中的节点。链表中的一个节点包含两部分，即第一部分是数据部分，第二部分是地址部分。列表的最后一个节点包含一个指向 null 的指针。在数组之后，链表是第二种最常用的数据结构。在链表中，每个链接都包含一个指向另一个链接的连接。

链表的表示

链表可以表示为节点的连接，其中每个节点指向列表中的下一个节点。链表的表示如下所示：

到目前为止，我们一直在使用数组数据结构来组织要单独存储在内存中的元素组。然而，数组有几个优点和缺点，必须了解这些才能决定在整个程序中将使用哪种数据结构。

现在，问题来了，我们为什么要使用链表而不是数组？

为什么使用链表而不是数组？

链表是一种克服数组限制的数据结构。让我们首先看看数组的一些限制：

• 在使用数组之前，必须提前知道其大小。
• 增加数组的大小是一个耗时的过程。在运行时扩展数组的大小几乎是不可能的。
• 数组中的所有元素都需要连续存储在内存中。在数组中插入一个元素需要移动其所有前驱元素。

链表很有用，因为：

• 它动态分配内存。链表的所有节点都非连续地存储在内存中，并借助指针连接在一起。
• 在链表中，大小不再是问题，因为我们不需要在声明时定义其大小。列表根据程序的需求增长，并受限于可用的内存空间。

如何声明链表？

声明数组很简单，因为它是一个单一类型，而声明链表比数组更典型一些。链表包含两部分，并且两部分类型不同，即一个是简单变量，另一个是指针变量。我们可以使用用户定义的数据类型结构来声明链表。

链表的声明如下：

在上述声明中，我们定义了一个名为node的结构，它包含两个变量，一个是整数类型的data，另一个是next，它是一个包含下一个节点地址的指针。

现在，让我们转向链表的类型。

链表的类型

链表分为以下几种类型：

• 单向链表：单向链表可以定义为一组有序元素的集合。单向链表中的一个节点由两部分组成：数据部分和链接部分。节点的数据部分存储要由节点表示的实际信息，而节点的链接部分存储其直接后继的地址。
• 双向链表：双向链表是一种复杂的链表类型，其中一个节点包含指向序列中前一个节点和下一个节点的指针。因此，在双向链表中，一个节点由三部分组成：节点数据、指向序列中下一个节点的指针（下一个指针）和指向前一个节点的指针（前一个指针）。
• 循环单向链表：在循环单向链表中，列表的最后一个节点包含指向列表第一个节点的指针。我们可以有循环单向链表以及循环双向链表。
• 循环双向链表：循环双向链表是一种更复杂的数据结构类型，其中一个节点包含指向其前一个节点和下一个节点的指针。循环双向链表中的任何节点都不包含 NULL。列表的最后一个节点包含列表第一个节点的地址。列表的第一个节点在其前一个指针中也包含最后一个节点的地址。

链表的优点

使用链表的优点如下：

• 动态数据结构：链表的大小可以根据需要而变化。链表没有固定的大小。
• 插入和删除：与数组不同，链表的插入和删除操作更容易。数组元素存储在连续的位置，而链表中的元素存储在随机位置。要在数组中插入或删除元素，我们必须移动元素以创建空间。而在链表中，我们只需要更新节点指针的地址，而不是移动元素。
• 内存效率高：链表的大小可以根据需要增长或缩小，因此链表的内存消耗效率高。
• 实现：我们可以使用链表实现栈和队列。

链表的缺点

使用链表的局限性如下：

• 内存使用：在链表中，节点占用的内存比数组多。链表的每个节点占用两种类型的变量，即一个是简单变量，另一个是指针变量。
• 遍历：链表的遍历不容易。如果我们要访问链表中的一个元素，我们不能随机访问它，而在数组的情况下我们可以通过索引随机访问它。例如，如果我们要访问第3个节点，那么我们需要遍历它之前的所有节点。因此，访问特定节点所需的时间较长。
• 反向遍历：链表的反向遍历或回溯很困难。在双向链表中，它更容易，但需要更多内存来存储后向指针。

链表的应用

链表的应用如下

• 借助链表，可以表示多项式，并且我们可以对多项式执行操作。
• 链表可以用来表示稀疏矩阵。
• 各种操作，如学生详细信息、员工详细信息或产品详细信息，都可以使用链表实现，因为链表使用可以保存不同数据类型的结构数据类型。
• 使用链表，我们可以实现栈、队列、树以及其他各种数据结构。
• 图是边和顶点的集合，图可以表示为邻接矩阵和邻接表。如果我们要将图表示为邻接矩阵，那么它可以用数组实现。如果我们要将图表示为邻接表，那么它可以用链表实现。
• 链表可以用于实现动态内存分配。动态内存分配是在运行时完成的内存分配。

链表上执行的操作

列表支持的基本操作如下：

• 插入：此操作用于向列表中添加元素。
• 删除：此操作用于从列表中删除元素。
• 遍历：此操作用于遍历列表中的元素。
• 搜索：此操作用于使用给定键从列表中搜索元素。

链表的复杂度

现在，让我们看看链表在搜索、插入和删除操作中的时间和空间复杂度。

1. 时间复杂度

其中“n”是给定树中的节点数。

2. 空间复杂度

链表的空间复杂度为 O(n)。

以上就是链表的介绍。希望这篇文章对您有所帮助和启发。