前言
數組和鏈表是兩種數據結構,數組非常簡單易用但是它有兩個非常大的缺點,一個是數組一旦創建無法擴展,另一個則是數組的查找和刪除的速度很慢.
鏈表改善了一些數組的缺點,但是同樣的鏈表自身也存在一些自己的缺點.
本篇博客將為大家介紹一下這數組和鏈表特點及各自的優缺點.
閱讀前的准備工作
大O表示法,一種粗略的評價計算機算法效率的方法.后面的內容會用到表示效率的方法.
1. 數組
我們按數組中的數組是否排序對數組進行划分,將數組分為無序數組和有序數組.無序數組中的數組是無序的,而有序數組中的數據則是升序或者降序排序的.
1.1 無序數組
因為無序數組中的數據是無序的,往數組中添加數據時不用進行比較和移動數據,所以往無序數組里面添加數據很快.無論是添加第一個數據還是第一萬個數據所需的時間是相同的,效率為O(1).
至於查找和刪除速度就沒有那么快了,以數組中有一萬個數據項為例,最少需要比較1次,最多則需要比較一萬次,平均下來需要比較5000次,即N/2次比較,N代表數據量,大O表示法中常數可以忽略,所以效率為O(N).
結論:
- 插入很快,因為總是將數據插入到數組的空余位置.
- 查找和刪除很慢,假設數組的長度為N,那么平均的查找/刪除的比較次數為N/2,並且還需要移動數據.
1.2 有序數組
無序數組中存放的數據是無序的,有序數組里面存放的數據則是有序的(有可能是升序有可能是降序).
因為有序數組中的數據是按升序/降序排列的,所以插入的時候需要進行排序並且移動數據項,所有有序數組的插入速度比無序數組慢. 效率為O(N).
刪除速度和無序數組一樣慢 效率為O(N).
有序數組的查找速度要比無序數組快,這是因為使用了一個叫做二分查找的算法.
二分查找: 二分查找也稱折半查找（Binary Search），它是一種效率較高的查找方法。但是，折半查找要求線性表必須采用順序存儲結構，而且表中元素按關鍵字有序排列.
有一個關於二分查找的形象類比 -> 猜數游戲
假設要在0-100之間猜一個數,那么你第一個要猜的數字就是100的一半50的時候,你的朋友會告訴你這個數字比要猜的數字是大還是小,如果比數字大,你接下來要猜的數字就是50的一半25,你的朋友說比這個數字要大,那么你下面要猜的數字就是25-50中間的那個數37,以此類推...
使用二分查找可極大的提高查找的效率,假設一個有序數組有十億個數據,那么查找到所需的數字,最多只需比較30次.
有序數組使用二分查找的效率為O(logN).有序數組也可以通過二分查找來新增和刪除數據以提高效率,但是依然需要在新增/刪除后移動數據項,所以效率依然會有影響.
總結:
- 有序數組的查找速度比無序數組高,效率為O(logN)
- 有序數組的刪除和新增速度很慢,效率為O(N)
1.3 數組總結
數組雖然簡單易用,但是數組有兩個致命的缺點:
- 數組存儲的數量有限,創建的過大浪費資源,創建的過小溢出
- 數組的效率比其他數據結構低
- 無序數組插入效率為O(1)時間,但是查找花費O(N)時間
- 有序數組查找花費O(logN)時間,插入花費O(N)時間
- 刪除需要移動平均半數的數據項,所以刪除都是O(N)的時間
2. 鏈表
數組一經創建大小就固定住了,無法修改,鏈表在這方面做出了改善,只要內存夠用就可以無限制的擴大.
鏈表是繼數組之后應用最廣泛的數據結構.
2.1 鏈表的特點
鏈表為什么叫鏈表呢? 因為它保存數據的方式就像一條鎖鏈
鏈表保存數據的方式很像上面的這一條鎖鏈,每一塊鎖鏈就是一個鏈節點,鏈節點保存着自己的數據同時通過自己的next()方法指向下一個鏈節點. 鏈表通過鏈節點不斷地調用next()方法就可以遍歷鏈表中的所有數據.
在鏈表中,每個數據項都被包含在"鏈節點"(link)中,一個鏈結點是某個類的對象,這個類可以叫做Link.因為一個鏈表中有許多類似的鏈結點,所以有必要用一個不同於鏈表的類來表達鏈結點.
每個Link對象中都包含一個對下一個鏈結點引用的字段(通常叫做next).
鏈表本身的對象中有一個字段指向對第一個鏈結點的引用.
數據與鏈表查找數據的區別: 在數組中查找數據就像在一個大倉庫里面一樣,一號房間沒有,我們去二號房間,二號房間沒有我們去三號房間,以此類推.. 按照地址找完所有房間就可以了.
而在鏈表中查找數據就像單線匯報的地下工作者,你是孤狼你想要匯報點情報給你的頂級上司毒蜂,但是你必須先報告給你的接頭人豬剛鬣,豬剛鬣在報告給它的單線接頭人土行孫,最后由土行孫報告給毒蜂.只能一個找一個,這樣最終完成任務.
2.2 Java代碼
鏈節點類:
/**
* @author liuboren
* @Title: 鏈節點
* @Description:
* @date 2019/11/20 19:30
*/
public class Link {
// 保存的數據
public int data;
// 指向的下一個鏈節點
public Link nextLink;
public Link(int data) {
this.data = data;
}
public int getData() {
return data;
}
public void setData(int data) {
this.data = data;
}
public Link getNextLink() {
return nextLink;
}
public void setNextLink(Link nextLink) {
this.nextLink = nextLink;
}
}
鏈表類
/**
* @author liuboren
* @Title: 鏈表類
* @Description:
* @date 2019/11/20 19:31
*/
public class LinkList {
private Link first;
public LinkList() {
first = null;
}
// 新增鏈節點方法
public void insertFirst(int data) {
Link link = new Link(data);
link.setNextLink(first);
first = link;
}
}
在新增節點的時候,新增的link的next方法指向原來的first節點,並將鏈表類的first指向新增的節點.
2.4 其他鏈表
剛剛介紹的鏈表是單向鏈表,只能從后往前遍歷,其他的鏈表還有雙端鏈表、雙向鏈表、有序鏈表.
再簡單介紹一下雙端鏈表吧.
雙端鏈表就是在單向鏈表的基礎上,新增一個成員變量指向鏈表的最后一個對象.
雙端鏈表代碼:
/**
* @author liuboren
* @Title: 鏈表類
* @Description:
* @date 2019/11/20 19:31
*/
public class LinkList {
private Link first;
private Link last;
public LinkList() {
first = null;
}
public boolean isEmpty() {
return first == null;
}
// 新增鏈節點方法
public void insertFirst(int data) {
Link newLink = new Link(data);
newLink.setNextLink(first);
if (isEmpty()) {
last = newLink;
}
first = newLink;
}
}
雙向鏈表則是可以從first和last兩個方向進行遍歷,有序鏈表的數據都是按照關鍵字的順序排列的,本文不再展開了.
2.5 鏈表的效率
鏈表的效率:
- 在表頭插入和刪除速度都很快,花費O(1)的時間.
- 平均起來,查找&刪除&插入在制定鏈節點后面都需要搜索一半的鏈節點需要O(N)次比較,雖然數組也需要O(N)次比較,但是鏈表讓然要快一些,因為不需要移動數據(只需要改變他們的引用)
3. 總結
鏈表解決了數組大小不能擴展的問題,但是鏈表自身依然存在一些問題(在鏈表的鏈節點后面查找&刪除&插入的效率不高),那么有沒有一種數據結構即擁有二者的優點又改善了二者的缺點呢,答案是肯定的,下篇博客將為您介紹這種優秀的數據結構,敬請期待.