【從0到1學算法】 數組和鏈表

今天講最基本的數據結構，數組和鏈表。若是你已經倒背如流，能夠跳過本文或選擇查缺補漏。

內存的工做原理

假設你正要去超市，須要寄存兩樣東西。這個超市的寄存櫃，一個抽屜只能放一個東西，因此你須要兩個抽屜。

將東西分別放到了1號和2號抽屜裏。

服務員將號碼牌給你後，就能夠去shopping了，購物完，憑號碼牌拿東西便可。這大體就是計算機內存的工做原理，計算機內存就像不少抽屜，各個抽屜都有地址，根據地址存儲和訪問數據。

存儲單項數據時，只須要計算機提供一個存儲地址便可。當須要存儲多項數據時，會用到兩種基本方式---數組和鏈表

假設你要編寫一個管理待辦事項的應用，須要將這些待辦事項存儲到內存中，用數組仍是鏈表？

數組

使用數組，就意味着全部待辦事項在內存中都是相連的。

若是你如今想添加第4個待辦事項，但後面那個抽屜放着別人的東西，這就難辦了。這種狀況只能請求計算機從新分配內存（可容納4個待辦事項），再將全部事項移到那裏。

這裏還有個權宜之計「預留位置」：預先申請10個連續位置，以防須要添加待辦事項。這樣，只要不超過10個，就無需轉移。但它有兩個缺點:

1.請求額外內存可能用不上，致使浪費；

2.超過10個後，仍是得轉移。

這是一個不錯的措施，但不是完美的方案。對於這種問題，咱們能夠用鏈表解決。

鏈表

使用鏈表，元素則能夠存儲在內存的任何位置。

每一個元素都會存儲下一個元素的內存地址。好比，"吃午餐"存儲下一個元素「玩滾地球」的內存地址13，而「玩滾地球」會存儲下一個元素「喝茶」的地址22，這樣便能將這幾項數據串在一塊了。

使用鏈表，根本不須要移動元素，元素隨便放哪都行。添加新元素時，也不須要」預留位置「，只要內存足夠，就能爲鏈表分配內存。

索引

使用數組和鏈表存儲數據，咱們都會給元素編號，編號從0開始，這些元素的編號位置成爲索引。

例如，下面的數組，元素20在索引1處

讀取

數組-隨機訪問

正由於數組是順序存儲的，當知道起始地址，便能知道數組中全部元素的地址，支持隨機訪問（可隨機讀取任意索引位置的值）

假設有一個數組，包含5個元素，起始地址爲00，那麼咱們便能簡單推算出第5個元素的地址是04

鏈表-順序訪問

而鏈表呢?元素是分開存儲的，沒法推算出任意位置元素的地址，不支持隨機訪問，只能順序訪問（從第一個元素開始逐個讀取元素）。

假設有一個鏈表，存儲數值和位置以下，知道起始地址爲01，但沒法直接知道第5個元素的位置，由於不是順序存儲且每一個元素只存儲了下一個元素的地址。

必須從頭遍歷，直到找到第5個位置的元素01>03>05>07>08。

因此，當須要隨機訪問，數組是更好的選擇。

插入元素

數組插入數據，必須將後面的元素後移（保持順序存儲），且有可能出現連續內存不足，這就得將整個數組複製到其餘地方

例如，插入「賣茶葉」到第3個位置

使用鏈表時，插入元素很簡單，只需修改它前一個元素的指向地址便可。

因此，當須要頻繁插入元素，鏈表是更好的選擇。

刪除

刪除元素呢？鏈表是更好的選，由於只需修改它前一個元素的指向地址便可。

而使用數組時，刪除元素後，必須將後面的元素都向前移（保持順序存儲）。

常見操做的運行時間

須要注意的是，鏈表刪除元素時，當可以當即刪除元素時，運行時間才爲O(1), 由於一般咱們都記錄了鏈表的第一個和最後一個元素。其餘狀況均爲O(n)，由於須要經過順序遍歷再刪除。

總結

數組

存儲位置：順序儲存。

優勢：支持隨機訪問，讀取速度快。

缺點：插入和刪除數據較慢，須要移動元素。

鏈表

存儲位置：分開儲存，每一個元素都存儲了下一個元素的地址。

優勢：插入和刪除數據快，無需移動元素，只需修改它前面元素的指向地址便可。

缺點：只支持順序訪問，讀取速度較慢。

讀取多，插入少，用數組。

讀取少，插入多，用鏈表。

但在實際應用中，數組用的更多一，由於它支持隨機讀取。

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