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数据结构之线性表之顺序存储结构(3)

时间:2016-06-29 06:43:54      阅读:248      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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1 前言

    经过前两张的理论基础,我相信大家都能简单的明白了数据结构和算法一些常用的概念了,从今天开始我们开始学习数据结构中线性表,一起叩响数据结构的大门。

2 详述

    线性表(List):零个或者多个数据元素的有限序列。

    如果用数学语言来进行定义:

(声明:由于下标不是很好弄出来,所以只能表示下面这种方式了,请见谅!)

若线性表记作(a1,...ai-1,ai,ai+1,...,an),则表中ai-1领先于ai,ai领先于ai+1,称ai-1是ai的直接前驱元素,ai+1是ai的直接后继元素。当i=1,2,...,n-1时,ai有且仅有一个直接后期,当i=2,3,...,n时,ai有且仅有一个直接前驱。如下如所示:

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线性表的个数n(n>=0)定义为线性表的长度,当n=0时,成为空表。

在较复杂的线性表中,一个数据元素可以由若干数据项组成。

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2.1线性表的抽象数据类型

  1. ADT 线性表(List)  
  2. Data  
  3.     线性表的数据元素集合为(a1,...ai-1,ai,ai+1,...,an),每个元素的类型均为DataType。其中,除了第一个元素a1外,每一个元素都有且只有一个直接前驱,除了最后一个an外,每一个元素都只有只有一个直接后继。数据元素之间的关系是一对一的。  
  4. Operation  
  5.     InitList(*L):初始化操作,建立一个空的线性表L。  
  6.     ListEmpty(L):若线性表为空,返回true,否则返回false。  
  7.     ClearList(*L):将线性表清空。  
  8.     GetElem(L,i,*e):将线性表L中的第i个位置元素返回给e。  
  9.     LocateElem(L,e):在线性表中查找给值e相等的元素,如果查找成功,返回该元素在表中序号表示成功;否则,返回0表示失败。  
  10.     ListInsert(*L,i,e):在线性表中的第i个位置插入新元素e。  
  11.     ListDelete(*L,i,*e):删除线性表L中第i个位置元素,并用e返回其值。  
  12.     ListLength(L):返回线性表L的元素个数。  
  13. endADT  


    下面我们看一个例子,将线性表A和B合并,即:A=AUB。说白了,就是把存在集合B中但不存在A中的数据元素插入到A中。我们假设La表示集合A,Lb表示集合B,则实现的代码如下:

[cpp] view plain copy
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  1. ADT 线性表(List)  
  2. Data  
  3.     线性表的数据元素集合为(a1,...ai-1,ai,ai+1,...,an),每个元素的类型均为DataType。其中,除了第一个元素a1外,每一个元素都有且只有一个直接前驱,除了最后一个an外,每一个元素都只有只有一个直接后继。数据元素之间的关系是一对一的。  
  4. Operation  
  5.     InitList(*L):初始化操作,建立一个空的线性表L。  
  6.     ListEmpty(L):若线性表为空,返回true,否则返回false。  
  7.     ClearList(*L):将线性表清空。  
  8.     GetElem(L,i,*e):将线性表L中的第i个位置元素返回给e。  
  9.     LocateElem(L,e):在线性表中查找给值e相等的元素,如果查找成功,返回该元素在表中序号表示成功;否则,返回0表示失败。  
  10.     ListInsert(*L,i,e):在线性表中的第i个位置插入新元素e。  
  11.     ListDelete(*L,i,*e):删除线性表L中第i个位置元素,并用e返回其值。  
  12.     ListLength(L):返回线性表L的元素个数。  
  13. endADT  

2.2 线性表的顺序存储结构

    线性表的顺序存储结构,指的是用用一段地址连续的存储单元依次存储线性表的数据元素。

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    线性表的顺序存储的结构代码:

  1. #define MAXSIZE 20     /*存储空间初始化分配量*/  
  2. typedef int ElemType;    /*ElemType 类根据实际情况而定,这里假设为int*/  
  3. typedef struct  
  4. {  
  5.     ElemType data[MAXSIZE];  /*数组存储数据元素,最大值为MAXSIZE*/  
  6.     int length;                              /*线性表当前长度*/  
  7. }SqList;  

三个属性:

·存储空间其实位置:数组data,他的存储位置就是空间的存储位置。

·线性表的最大存储容量:数组长度MaxSize。

·线性表的当前长度:length。

2.2.1 数据长度和线性表长度区别

    数组的长度是存放线性表的存储空间的长度,存储分配后这个量是一般不变的。

线性表的长度是线性表中数据元素的个数,随着线性表插入和删除操作的进行,这个量是变化的。

在任意时刻,线性表的长度应该小于数组的长度。

2.2.2 地址计算方法

    线性表从1开始计数,可是C语言中数组确实从0开始,于是线性表的第i个元素存储在数组下标为i-1的位置,即数据元素的序号和存放它数组下标之间存在对应关系,如图:

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    存储器中每个存储单元都有自己的编号,这个编号称为地址。

    假设每个元素占用的是c个存储单元,那么线性表中第i+1个数据元素的存储位置和第i个数据元素的存储位置满足下列关系(LOC表示获得存储位置的函数)。

  1. LOC(ai+1) = LOC(ai)+c  

所以对于第i个数据元素ai的存储位置可以由a1推算得出:

[cpp] view plain copy
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  1. LOC(ai) = LOC(a1)+(i-1)*c  

可以借助如下图来理解:

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所以对于存入或者取出数据,计算时间都是系统的,是一个常数,时间复杂度为O(1)。

2.3 顺序存储结构的插入和删除

2.3.1 获得元素操作

    实现GetElem操作,即将线性表L中的第i个位置元素值返回,代码如下:

  1. #define OK 1  
  2. #define ERROR 0  
  3. #define TRUE 1  
  4. #define FALSE 0  
  5. typedef int Status;  
  6. /*Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码,如OK等*/  
  7. /*初始条件:顺序线性表L已存在,1<=i<=ListLength(L)*/  
  8. /*操作结果:用e返回L中第i个数据元素的值*/  
  9. Status GetElem(SqList L,int i,ElemType* e)  
  10. {  
  11.     if(L.length == 0||i<1||i>L.length)  
  12.          return ERROR;  
  13.     *e = L.data(i - 1);  
  14.     return OK;  
  15. }  

2.3.2 插入操作

思路:

·如果插入位置不合理,抛出异常;

·如果线性表长度大于等于数组长度,抛出异常或者动态增加容量;

·从最后一个元素开始向前遍历到第i个位置,分别将他们都向后移动一个位置;

·将要插入元素填入位置i处;

·表长加1。

这里我们实现ListInsert(*L,i,e),代码实现:

  1. /*初始条件:顺序线性表L已经存在,1<=i<=ListLength(L)*/  
  2. /*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*/  
  3. Status ListInsert(SqList *L,int i,ElemType e){  
  4.     int k;  
  5.     if(L->length == MAXSIZE)  /*顺序线性表已经满*/  
  6.         return ERROR;  
  7.     if(i<1||i>L->length+1)  /*当i不在范围内时*/  
  8.         return ERROR;  
  9.     if(i<=L->length)  
  10.     {  
  11.         for(k = L->length-1;k>=i-1;k-- /*将要插入位置后数据元素向后移动一位*/)  
  12.             L->data[k+1] = L->data[k];  
  13.     }  
  14.     L->data[i-1] = e;  /*将新元素插入*/  
  15.     L->length++;  
  16.     return OK;     
  17. }  

2.3.3 删除操作

思路:

·如果删除位置不合理,抛出异常;

·取出删除元素;

·从删除元素位置开始遍历到最后一个元素位置,分别将他们都向前移动一个位置;

·表长减1。

代码如下:

  1. /*初始条件:顺序线性表L已经存在,i<=i<=ListLength(L)*/  
  2. /*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*/  
  3. Status ListDelete(SqList *L,int i,ElemType *e){  
  4.     int k;  
  5.     if(L -> length == 0)   /*线性表为空*/  
  6.         return ERROR;  
  7.     if(i<1 || i>L->length)    /*删除位置不正确*/  
  8.         return ERROR;  
  9.     *e = L->data[i-1];  
  10.     if(i<L->length)  
  11.     {  
  12.         for(k = i;k<L->length;k++)  /*将删除位置后继元素前移*/  
  13.             L->data[k-1] = L->data[k];  
  14.     }  
  15.     L->length--;  
  16.     return OK;  
  17. }  

时间复杂度为O(n)。

2.4 线性表顺序存储结构的优缺点

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3 结语

    以上是所有内容,希望对大家有所帮助。

数据结构之线性表之顺序存储结构(3)

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原文地址:http://blog.csdn.net/kryptons/article/details/51780170

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