四、線性表(三)、線性表的順序存儲結構

數據結構目錄

順序存儲結構:

用一段地址連續的存儲單元依次存儲線性表的數據元素,如數組。物理上的存儲方式事實上就是在內存中找個初始地址,然后通過占位的形式,把一定的內存空間給占了,然后把相同數據類型的數據元素依次放在這塊空地中。

線性表的順序存儲結構

1. 線性表順序存儲的結構代碼:

#define MAXSIZE    100   //線性表最大容量
#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

typedef int Status;

typedef int ElemType;

typedef struct{
    ElemType data[MAXSIZE];
    int length;//線性表的當前長度
}SqList;

順序存儲結構封裝需要三個屬性:

  • 存儲空間的起始位置,數組data,它的存儲位置就是線性表存儲空間的存儲位置

  • 線性表的最大存儲容量: 數組的長度MAXSIZE

  • 線性表的當前長度: length

注意:數組長度是線性表存儲空間的總長度,一般初始化后不變(部分語言可變是動態擴容,會影響性能,如Swift中空間不夠則當前容量乘以2),而線性表的當前長度是線性表中元素的個數,是可變的

數據元素ai的存儲位置可以由a1推導出為:LOC(ai) = LOC(a1)+(i-1)*c(c為ElemType占用的存儲單元(字節),LOC為location,位置)

由這個公式,可以得出它的時間復雜度為O(1),通常將O(1)這種稱為隨機存儲結構

2.獲得元素操作

實現思想:將線性表L中的第i個位置元素值返回,如果過大或過小,或者線性表長度為0,則拋出異常

GetElem操作

/*
 Status是函數的類型,其值是函數結果狀態代碼,如OK等。
 初始條件:順序線性表L已存在,1 <= i <= ListLength(L)
 操作結果:用e返回L中第i個元素的值
 */
Status GetElem(SqList L,int i,ElemType *e)//注意這里的i是從1開始為有效,以后都一樣
{
    if (L.length == 0 || i < 1 || i > L.length) {
        return ERROR;
    }
    *e = L.data[i-1];
    return OK;
}

可以看到,線性表的順序存儲結構GetElem操作的時間復雜度為O(1)

3. 插入操作

實現思想:

  • 如果插入位置不合理,拋出異常

  • 如果線性表長度大于等于數組長度,則拋出異常或動態增加數組容量

  • 從最后一個元素開始向前遍歷到第i個位置,分別將它們都向后移動一個位置

  • 將要插入元素填入位置i處

  • 線性表長度+1

    ListInsert操作


Status insertElem(SqList L,int i,ElemType e){

    /*

    線性表長度已經達到最大限制,拋出異常

    插入位置過小或過大,拋出異常

    */

    if (L.length == MAXSIZE || i < 1 || i > L.length+1) {

        return ERROR;

    }

    //從要插入的位置開始到結束,所有元素往后移動一位

    for (int j = L.length; j > i; j--) {

        L.data[j] = L.data[j-1];

    }

    //在i位置插入元素

    L.data[i-1] = e;

    //線性表長度加1

    L.length++;

    return OK;

}

按照最壞情況考慮時間復雜度,插入的時間復雜度為O(n)

4. 刪除操作

實現思路:

  • 如果刪除位置不合理,拋出異常

  • 取出刪除元素

  • 從刪除元素位置開始遍歷到最后一個元素位置,分別將它們都向前移動一個位置

  • 線性表長度減一

    ListDelete操作


Status deleteElem(SqList L,int i,ElemType *e){
    if (L.length == 0 || i < 1 || i > L.length) {
        return ERROR;
    }
    //取出第i個位置的數據返回
    *e = L.data[i-1];
    //從刪除位置后一位開始,每個元素往前移動一位
    for (int j = i; j < L.length; j++) {
        L.data[j-1] = L.data[j];
    }
    //線性表長度減一
    L.length--;

    return OK;
}

按照最壞情況考慮時間復雜度,刪除操作的時間復雜度為O(n)

5.線性表順序存儲結構的優缺點:

. 在存、讀數據時,不管是哪個位置,時間復雜度都是O(1)。而在插入或刪除時,時間復雜度都是O(n)

. 這就說明,它比較適合元素個數比較穩定,不經常插入和刪除元素,而更多的操作是存取數據的應用

優點:

. 無需為表示表中元素之間的邏輯關系而增加額外的存儲空間

. 可以快速地存取表中任意位置的元素

缺點:

. 插入和刪除操作需要移動大量元素

. 當線性表長度變化較大時,難以確定存儲空間的容量

. 容易造成存儲空間的”碎片”

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