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。
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:
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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ADT 线性表(List)
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Data
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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。
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Operation
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InitList(*L):初始化操作,建立一个空的线性表L。
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ListEmpty(L):若线性表为空,返回true,否则返回false。
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ClearList(*L):将线性表清空。
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GetElem(L,i,*e):将线性表L中的第i个位置元素返回给e。
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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。
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ListInsert(*L,i,e):在线性表中的第i个位置插入新元素e。
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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。
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ListLength(L):返回线性表L的元素个数。
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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:
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ADT 线性表(List)
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Data
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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。
-
Operation
-
InitList(*L):初始化操作,建立一个空的线性表L。
-
ListEmpty(L):若线性表为空,返回true,否则返回false。
-
ClearList(*L):将线性表清空。
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GetElem(L,i,*e):将线性表L中的第i个位置元素返回给e。
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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。
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ListInsert(*L,i,e):在线性表中的第i个位置插入新元素e。
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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。
-
ListLength(L):返回线性表L的元素个数。
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endADT
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。
线性表的顺序存储的结构代码:
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#define MAXSIZE 20 /*存储空间初始化分配量*/
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typedef int ElemType; /*ElemType 类根据实际情况而定,这里假设为int*/
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typedef struct
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{
-
ElemType data[MAXSIZE]; /*数组存储数据元素,最大值为MAXSIZE*/
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int length; /*线性表当前长度*/
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}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。
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。
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:
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)。
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:
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LOC(ai) = LOC(a1)+(i-1)*c
可以借助如下图来理解:
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)。
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:
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#define OK 1
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#define ERROR 0
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#define TRUE 1
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#define FALSE 0
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typedef int Status;
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/*Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码,如OK等*/
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/*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(SqList L,int i,ElemType* e)
-
{
-
if(L.length == 0||i<1||i>L.length)
-
return ERROR;
-
*e = L.data(i - 1);
-
return OK;
-
}
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:
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/*初始条件:顺序线性表L已经存在,1<=i<=ListLength(L)*/
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/*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*/
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Status ListInsert(SqList *L,int i,ElemType e){
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int k;
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if(L->length == MAXSIZE) /*顺序线性表已经满*/
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return ERROR;
-
if(i<1||i>L->length+1) /*当i不在范围内时*/
-
return ERROR;
-
if(i<=L->length)
-
{
-
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*/)
-
L->data[k+1] = L->data[k];
-
}
-
L->data[i-1] = e; /*将新元素插入*/
-
L->length++;
-
return OK;
-
}
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:
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/*初始条件:顺序线性表L已经存在,i<=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)
-
{
-
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;
-
}
时间复杂度为O(n)。
以上是所有内容,希望对大家有所帮助。