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2023-08-22 13:50:12 +08:00
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@@ -4,11 +4,11 @@ comments: true
# 4.1   数组
「数组 array」是一种线性数据结构,其将相同类型元素存储在连续的内存空间中。我们将元素在数组中的位置称为该元素的「索引 index」。图展示了数组的主要术语和概念。
「数组 array」是一种线性数据结构,其将相同类型元素存储在连续的内存空间中。我们将元素在数组中的位置称为该元素的「索引 index」。图 4-1 展示了数组的主要术语和概念。
![数组定义与存储方式](array.assets/array_definition.png)
<p align="center"> 图数组定义与存储方式 </p>
<p align="center"> 图 4-1 &nbsp; 数组定义与存储方式 </p>
## 4.1.1 &nbsp; 数组常用操作
@@ -129,9 +129,9 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex
![数组元素的内存地址计算](array.assets/array_memory_location_calculation.png)
<p align="center"> 图数组元素的内存地址计算 </p>
<p align="center"> 图 4-2 &nbsp; 数组元素的内存地址计算 </p>
观察图,我们发现数组首个元素的索引为 $0$ ,这似乎有些反直觉,因为从 $1$ 开始计数会更自然。但从地址计算公式的角度看,**索引的含义本质上是内存地址的偏移量**。首个元素的地址偏移量是 $0$ ,因此它的索引为 $0$ 也是合理的。
观察图 4-2 ,我们发现数组首个元素的索引为 $0$ ,这似乎有些反直觉,因为从 $1$ 开始计数会更自然。但从地址计算公式的角度看,**索引的含义本质上是内存地址的偏移量**。首个元素的地址偏移量是 $0$ ,因此它的索引为 $0$ 也是合理的。
在数组中访问元素是非常高效的,我们可以在 $O(1)$ 时间内随机访问数组中的任意一个元素。
@@ -293,11 +293,11 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex
### 3. &nbsp; 插入元素
数组元素在内存中是“紧挨着的”,它们之间没有空间再存放任何数据。如图所示,如果想要在数组中间插入一个元素,则需要将该元素之后的所有元素都向后移动一位,之后再把元素赋值给该索引。
数组元素在内存中是“紧挨着的”,它们之间没有空间再存放任何数据。如图 4-3 所示,如果想要在数组中间插入一个元素,则需要将该元素之后的所有元素都向后移动一位,之后再把元素赋值给该索引。
![数组插入元素示例](array.assets/array_insert_element.png)
<p align="center"> 图数组插入元素示例 </p>
<p align="center"> 图 4-3 &nbsp; 数组插入元素示例 </p>
值得注意的是,由于数组的长度是固定的,因此插入一个元素必定会导致数组尾部元素的“丢失”。我们将这个问题的解决方案留在列表章节中讨论。
@@ -470,11 +470,11 @@ elementAddr = firtstElementAddr + elementLength * elementIndex
### 4. &nbsp; 删除元素
同理,如图所示,若想要删除索引 $i$ 处的元素,则需要把索引 $i$ 之后的元素都向前移动一位。
同理,如图 4-4 所示,若想要删除索引 $i$ 处的元素,则需要把索引 $i$ 之后的元素都向前移动一位。
![数组删除元素示例](array.assets/array_remove_element.png)
<p align="center"> 图数组删除元素示例 </p>
<p align="center"> 图 4-4 &nbsp; 数组删除元素示例 </p>
请注意,删除元素完成后,原先末尾的元素变得“无意义”了,所以我们无须特意去修改它。
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@@ -12,9 +12,9 @@ comments: true
![链表定义与存储方式](linked_list.assets/linkedlist_definition.png)
<p align="center"> 图链表定义与存储方式 </p>
<p align="center"> 图 4-5 &nbsp; 链表定义与存储方式 </p>
观察图,链表的组成单位是「节点 node」对象。每个节点都包含两项数据:节点的“值”和指向下一节点的“引用”。
观察图 4-5 ,链表的组成单位是「节点 node」对象。每个节点都包含两项数据:节点的“值”和指向下一节点的“引用”。
- 链表的首个节点被称为“头节点”,最后一个节点被称为“尾节点”。
- 尾节点指向的是“空”,它在 Java, C++, Python 中分别被记为 $\text{null}$ , $\text{nullptr}$ , $\text{None}$ 。
@@ -405,13 +405,13 @@ comments: true
### 2. &nbsp; 插入节点
在链表中插入节点非常容易。如图所示,假设我们想在相邻的两个节点 `n0` , `n1` 之间插入一个新节点 `P` ,**则只需要改变两个节点引用(指针)即可**,时间复杂度为 $O(1)$ 。
在链表中插入节点非常容易。如图 4-6 所示,假设我们想在相邻的两个节点 `n0` , `n1` 之间插入一个新节点 `P` ,**则只需要改变两个节点引用(指针)即可**,时间复杂度为 $O(1)$ 。
相比之下,在数组中插入元素的时间复杂度为 $O(n)$ ,在大数据量下的效率较低。
![链表插入节点示例](linked_list.assets/linkedlist_insert_node.png)
<p align="center"> 图链表插入节点示例 </p>
<p align="center"> 图 4-6 &nbsp; 链表插入节点示例 </p>
=== "Java"
@@ -547,13 +547,13 @@ comments: true
### 3. &nbsp; 删除节点
图所示,在链表中删除节点也非常方便,**只需改变一个节点的引用(指针)即可**。
如图 4-7 所示,在链表中删除节点也非常方便,**只需改变一个节点的引用(指针)即可**。
请注意,尽管在删除操作完成后节点 `P` 仍然指向 `n1` ,但实际上遍历此链表已经无法访问到 `P` ,这意味着 `P` 已经不再属于该链表了。
![链表删除节点](linked_list.assets/linkedlist_remove_node.png)
<p align="center"> 图链表删除节点 </p>
<p align="center"> 图 4-7 &nbsp; 链表删除节点 </p>
=== "Java"
@@ -1102,9 +1102,9 @@ comments: true
## 4.2.2 &nbsp; 数组 VS 链表
表总结对比了数组和链表的各项特点与操作效率。由于它们采用两种相反的存储策略,因此各种性质和操作效率也呈现对立的特点。
4-1 总结对比了数组和链表的各项特点与操作效率。由于它们采用两种相反的存储策略,因此各种性质和操作效率也呈现对立的特点。
<p align="center"> 表数组与链表的效率对比 </p>
<p align="center"> 表 4-1 &nbsp; 数组与链表的效率对比 </p>
<div class="center-table" markdown>
@@ -1122,7 +1122,7 @@ comments: true
## 4.2.3 &nbsp; 常见链表类型
图所示,常见的链表类型包括三种。
如图 4-8 所示,常见的链表类型包括三种。
- **单向链表**:即上述介绍的普通链表。单向链表的节点包含值和指向下一节点的引用两项数据。我们将首个节点称为头节点,将最后一个节点成为尾节点,尾节点指向空 $\text{None}$ 。
- **环形链表**:如果我们令单向链表的尾节点指向头节点(即首尾相接),则得到一个环形链表。在环形链表中,任意节点都可以视作头节点。
@@ -1327,7 +1327,7 @@ comments: true
![常见链表种类](linked_list.assets/linkedlist_common_types.png)
<p align="center"> 图常见链表种类 </p>
<p align="center"> 图 4-8 &nbsp; 常见链表种类 </p>
## 4.2.4 &nbsp; 链表典型应用