数据结构与算法-链表(上)

简介: 数据结构与算法-链表

链表的经典应用场景就是LRU缓存淘汰算法。


缓存是一种提高数据读取性能的技术,在硬件设计、软件开发中都有着非常广泛的应用,比如常见的CPU缓存、数据库缓存、浏览器缓存等等。


缓存的大小有限,当缓存被用满时,哪些数据应该被清理出去,哪些数据应该被保留?这就需要缓存淘汰策略来决定。常见的策略有三种:先进先出策略FIFO(First In,First Out)、最少使用策略LFU(Least Frequently Used)、最近最少使用策略LRU(Least Recently Used)。



链表 V.S 数组

存储结构



数组需要一块连续的内存空间来存储,对内存的要求比较高。如果我们申请一个100MB大小的数组,当内存中没有连续的、足够大的存储空间时,即便内存的剩余总可用空间大于100MB,仍然会申请失败。


而链表恰恰相反,它并不需要一块连续的内存空间,它通过“指针”将一组零散的内存块串联起来使用,所以如果我们申请的是100MB大小的链表,根本不会有问题。


image.png

image.png



链表结构

单链表、双向链表和循环链表

单链表


image.png



我们刚刚讲到,链表通过指针将一组零散的内存块串联在一起。其中,我们把内存块称为链表的“结点”。为了将所有的结点串起来,每个链表的结点除了存储数据之外,还需要记录链上的下一个结点的地址。如图所示,我们把这个记录下个结点地址的指针叫作后继指针next。


其中有两个结点是比较特殊的,它们分别是第一个结点和最后一个结点。我们习惯性地把第一个结点叫作头结点,把最后一个结点叫作尾结点。其中,头结点用来记录链表的基地址。有了它,我们就可以遍历得到整条链表。而尾结点特殊的地方是:指针不是指向下一个结点,而是指向一个空地址NULL,表示这是链表上最后一个结点。


与数组一样,链表也支持数据的查找、插入和删除操作。


我们知道,在进行数组的插入、删除操作时,为了保持内存数据的连续性,需要做大量的数据搬移,所以时间复杂度是O(n)。而在链表中插入或者删除一个数据,我们并不需要为了保持内存的连续性而搬移结点,因为链表的存储空间本身就不是连续的。所以,在链表中插入和删除一个数据是非常快速的。


针对链表的插入和删除操作,我们只需要考虑相邻结点的指针改变,所以对应的时间复杂度是O(1)。



image.png


但是,有利就有弊。链表要想随机访问第k个元素,就没有数组那么高效了。因为链表中的数据并非连续存储的,所以无法像数组那样,根据首地址和下标,通过寻址公式就能直接计算出对应的内存地址,而是需要根据指针一个结点一个结点地依次遍历,直到找到相应的结点。


你可以把链表想象成一个队伍,队伍中的每个人都只知道自己后面的人是谁,所以当我们希望知道排在第k位的人是谁的时候,我们就需要从第一个人开始,一个一个地往下数。所以,链表随机访问的性能没有数组好,需要O(n)的时间复杂度。


目录
相关文章
|
13天前
|
存储
数据结构第二课 -----线性表之单向链表
数据结构第二课 -----线性表之单向链表
|
4天前
|
存储 算法 Java
数据结构与算法 数组和链表
数据结构与算法 数组和链表
9 0
|
4天前
|
存储 Java
深入浅出数据结构之链表
深入浅出数据结构之链表
|
4天前
|
C++
数据结构(双链表
数据结构(双链表
7 1
|
7天前
|
存储 缓存
[数据结构]~双向+循环链表从(0~1)
[数据结构]~双向+循环链表从(0~1)
|
13天前
|
存储
数据结构第三课 -----线性表之双向链表
数据结构第三课 -----线性表之双向链表
|
14天前
|
存储 Java
数据结构奇妙旅程之顺序表和链表
数据结构奇妙旅程之顺序表和链表
|
18天前
|
存储 C语言
数据结构基础:双链表结构、实现
数据结构基础:双链表结构、实现
|
18天前
|
存储
数据结构基础:一篇文章教你单链表(头插,尾插,查找,头删等的解析和代码)
数据结构基础:一篇文章教你单链表(头插,尾插,查找,头删等的解析和代码)
|
21天前
|
C语言
数据结构:5、链表之双向链表
数据结构:5、链表之双向链表
25 0