数据结构之线性表(三)——顺序存储结构(3 顺序表基本操作的实现)

知识准备

  1. 逻辑结构与存储结构的区别
    数据结构之线性表(三)——顺序存储结构(3 顺序表基本操作的实现)_第1张图片
    逻辑位序与物理位序相差1

  2. 顺序表到底是怎么存储的?
    数据结构之线性表(三)——顺序存储结构(3 顺序表基本操作的实现)_第2张图片
    只有执行SqList L操作时,计算机才会分配内存,若只执行SqList,则计算机不会分配内存。
    SqList L:指定义了一个SqList类型的变量L,这里L是顺序表,SqList是顺序表L的类型名。
    从L中取成员
    若L为指针,即,SqList* L,取成员表示为,

    L->elem;
    L->length
    

    若L不是指针,即,SqList L,取成员表示为,

    L.elem;
    L.length
    
  3. 预定义常量和类型

  • 预定义常量
#define TRUE	1
#define FALSE	0
#define OK	    1
#define ERROR	0
#define INFEASIBLE	-1
#define OVERFLOW	-2
  • 预定义类型
typedef int Status;
typedef char ElemType;

顺序表的各种基本操作

1. 线性表L的初始化(传入参数为引用)

Status InitList_Sq(SqList& L)        //构造一个顺序表L
{
	L.elem = new ElemType[MAXSIZE];  //为顺序表L分配内存空间
	if (!L.elem)                     //存储分配失败,抛出异常
		exit(OVERFLOW); 
	L.length = 0;                    //空表长度为0
	return OK;
}

2. 销毁线性表L

void DestroyList(SqList& L)
{
	if (L.elem)
		delete L.elem;          //释放存储空间
}

3. 清空线性表L

void ClearList(SqList& L)
{
	L.length = 0;         //将线性表的长度设置为0
}

4. 求线性表L的长度

void GetLength(SqList L)
{
	return L.length;
}

5. 判断线性表L是否为空

int IsEmpty(SqList L)
{
	if (L.length == 0)
		return 1;
	else
		return 0;
}

6. 顺序表的取值(根据位置i获取相应位置数据元素的内容)

int GetElem(SqList L, int i, ElemType& e)
{
	if (i<1 || i>L.length)      //判断i值是否合理,若不合理,返回ERROR
		return ERROR;
	e = L.elem[i - 1];          //第i-1个单元存储第i个数据
	return OK;
}

以上算法复杂度为 O ( 1 ) O(1) O(1),这就体现了顺序表的优点,即可以随机存取(可以通过下标取到任意一个元素)

7. 顺序表的查找(按值查找,顺序查找法)

  • 在线性表L中找到与指定值e相同的数据元素的位置。
  • 从表的一端开始,逐个与给定值进行比较,找到,返回该元素的位置序号,未找到,返回0。
int LocateElem(SqList L, ElemTye e)
{
	for (i = 0, i < L.length, i++)
	{
		if (L.elem[i] == e)
			return i + 1;        //查找成功,返回序号
		return 0;                //查找失败,返回0
	}
}

时间复杂度:
该算法的复杂度取决于指定值e在顺序表中的位置,所以,这里用平均查找长度 ASL(Average Search Length)表示其复杂度。
对于有n个记录的表,查找成功时,其ASL计算公式为,
A S L = ∑ i = 0 n P i C i ASL=\sum_{i=0}^nP_iC_i ASL=i=0nPiCi

P i P_i Pi:第i个记录被查找到的概率
C i C_i Ci:找到第i个记录需要比较的的次数

即,求取期望的公式。
所以,上述顺序查找法的ASL为,
A S L S S = ∑ i = 0 n P i C i = 1 n ∑ i = 0 n i = 1 n ∗ n ( n + 1 ) 2 = n + 1 2 ASL_{SS}=\sum_{i=0}^nP_iC_i=\frac{1}{n}\sum_{i=0}^ni=\frac{1}{n}*\frac{n(n+1)}{2}=\frac{n+1}{2} ASLSS=i=0nPiCi=n1i=0ni=n12n(n+1)=2n+1

所以,该算法的复杂度为 O ( n ) O(n) O(n)

8. 顺序表的插入算法
顺序表中可以插入元素位置为,
1 ≤ i ≤ n + 1 ( n 为 表 的 长 度 ) 1\le i\le n+1(n为表的长度) 1in+1(n)
其不同插入位置的算法演示,
数据结构之线性表(三)——顺序存储结构(3 顺序表基本操作的实现)_第3张图片
算法思想:

  • 判断插入位置i是否合法,即 1 ≤ i ≤ n + 1 1\le i\le n+1 1in+1
  • 判断顺序表的存储空间是否已满,若已满则返回ERROR。
  • 将第n至第i位的元素依次向后移动一个位置,空出第i个位置。
  • 将要插入的新元素e放入第i个位置。
  • 表长加1,插入成功返回OK。
Status ListInsert_Sq(SqList& L, int i, ElemType e)
{
	if (i<1 || i>L.length + 1)
		return ERROR;                    //i值不合法
	if (L.length == MAXSIZE) 
		return ERROR;                    //当前存储空间已满
	for (j = L.lenth - 1; j >= i - 1; j--) 
		L.elem[j + 1] = L.elem[j];       //插入位置及之后的元素后移
	L.elem[i - 1] = e;                   //将新元素e放入第i个位置
	L.length++;                          //表长增1
	return OK;
}

时间复杂度:
该算法时间主要耗费在移动元素的操作上,

  • 若插入在尾结点之后,则无需移动(特别快);
  • 若插入在首结点之前,则表中元素全部后移(特别慢);
  • 若在第i个位置插入一个元素,则其ASL为,
    A S L = ∑ i = 0 n P i C i = 1 n + 1 ∑ i = 0 n ( n − i + 1 ) = 1 n + 1 ∗ n ( n + 1 ) 2 = n 2 ASL=\sum_{i=0}^nP_iC_i=\frac{1}{n+1}\sum_{i=0}^n(n-i+1)=\frac{1}{n+1}*\frac{n(n+1)}{2}=\frac{n}{2} ASL=i=0nPiCi=n+11i=0n(ni+1)=n+112n(n+1)=2n

所以,该算法的平均时间复杂度为 O ( n ) O(n) O(n)

9. 顺序表的删除算法
顺序表中可以插入元素位置为,
1 ≤ i ≤ n ( n 为 表 的 长 度 ) 1\le i\le n(n为表的长度) 1in(n)
删除算法演示,
数据结构之线性表(三)——顺序存储结构(3 顺序表基本操作的实现)_第4张图片

算法思想:

  • 判断删除位置i是否合法,即 1 ≤ i ≤ n 1\le i\le n 1in
  • 将欲删除的元素保留在e中。
  • 将第i+1至第n位的元素依次向前移动一个位置。
  • 表长减1,删除成功返回OK。
Status ListDelete_Sq(SqList& L, int i)
{
	if (i<1 || i>L.length)
		return ERROR;                    //i值不合法
	for (j = i; j <=L.length-1; j++)
		L.elem[j - 1] = L.elem[j];       //被删除元素之后的元素前移
	L.length--;                          //表长减1
	return OK;
}

时间复杂度:
该算法时间主要耗费在移动元素的操作上,

  • 若删除尾结点,则无需移动(特别快);
  • 若删除首结点,则表中n-1个元素全部前移(特别慢);
  • 若在第i个位置删除一个元素,则其ASL为,
    A S L = ∑ i = 0 n P i C i = 1 n ∑ i = 0 n ( n − i ) = 1 n ∗ n ( n − 1 ) 2 = n − 1 2 ASL=\sum_{i=0}^nP_iC_i=\frac{1}{n}\sum_{i=0}^n(n-i)=\frac{1}{n}*\frac{n(n-1)}{2}=\frac{n-1}{2} ASL=i=0nPiCi=n1i=0n(ni)=n12n(n1)=2n1

所以,该算法的平均时间复杂度为 O ( n ) O(n) O(n)

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