Java基础知识——数组与链表的区别

1、数组与链表的区别。

      数组是具有相同的数据类型且按一定次序排列的一组变量的集合体，数组在内存中的地址是连续的（链表内存地址是散列、不连续的）。数组是一种引用数据类型，数组元素类似对象的成员变量。链表通过指针连接元素，分为单向链表、双向链表和循环链表。数组静态分配内存，链表动态分配内存。数组利用下标定位，时间复杂度为O(1)，链表定位元素时间复杂度O(n)；数组插入或删除元素的时间复杂度O(n)，链表的时间复杂度O(1)。

数组的优点
随机访问性强（通过下标进行快速定位）
查找速度快
数组的缺点
插入和删除效率低（插入和删除需要移动数据）
可能浪费内存（因为是连续的，所以每次申请数组之前必须规定数组的大小，如果大小不合理，则可能会浪费内存）
内存空间要求高，必须有足够的连续内存空间。
数组大小固定，不能动态拓展
链表的优点
插入删除速度快（因为有next指针指向其下一个节点，通过改变指针的指向可以方便的增加删除元素）
内存利用率高，不会浪费内存（可以使用内存中细小的不连续空间（大于node节点的大小），并且在需要空间的时候才创建空间）大小没有固定，拓展很灵活。
链表的缺点
不能随机查找，必须从第一个开始遍历，查找效率低

单向链表（Single-Linked List）

　　单链表是链表中结构最简单的。一个单链表的节点(Node)分为两个部分，第一个部分(data)保存或者显示关于节点的信息，另一个部分存储下一个节点的地址。最后一个节点存储地址的部分指向空值。

　　①、单向链表的具体实现

package com.ys.datastructure;

public class SingleLinkedList {
    private int size;//链表节点的个数
    private Node head;//头节点
    
    public SingleLinkedList(){
        size = 0;
        head = null;
    }
    
    //链表的每个节点类
    private class Node{
        private Object data;//每个节点的数据
        private Node next;//每个节点指向下一个节点的连接
        
        public Node(Object data){
            this.data = data;
        }
    }
    
    //在链表头添加元素
    public Object addHead(Object obj){
        Node newHead = new Node(obj);
        if(size == 0){
            head = newHead;
        }else{
            newHead.next = head;
            head = newHead;
        }
        size++;
        return obj;
    }
    
    //在链表头删除元素
    public Object deleteHead(){
        Object obj = head.data;
        head = head.next;
        size--;
        return obj;
    }
    
    //查找指定元素，找到了返回节点Node，找不到返回null
    public Node find(Object obj){
        Node current = head;
        int tempSize = size;
        while(tempSize > 0){
            if(obj.equals(current.data)){
                return current;
            }else{
                current = current.next;
            }
            tempSize--;
        }
        return null;
    }
    
    //删除指定的元素，删除成功返回true
    public boolean delete(Object value){
        if(size == 0){
            return false;
        }
        Node current = head;
        Node previous = head;
        while(current.data != value){
            if(current.next == null){
                return false;
            }else{
                previous = current;
                current = current.next;
            }
        }
        //如果删除的节点是第一个节点
        if(current == head){
            head = current.next;
            size--;
        }else{//删除的节点不是第一个节点
            previous.next = current.next;
            size--;
        }
        return true;
    }
    
    //判断链表是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return (size == 0);
    }
    
    //显示节点信息
    public void display(){
        if(size >0){
            Node node = head;
            int tempSize = size;
            if(tempSize == 1){//当前链表只有一个节点
                System.out.println("["+node.data+"]");
                return;
            }
            while(tempSize>0){
                if(node.equals(head)){
                    System.out.print("["+node.data+"->");
                }else if(node.next == null){
                    System.out.print(node.data+"]");
                }else{
                    System.out.print(node.data+"->");
                }
                node = node.next;
                tempSize--;
            }
            System.out.println();
        }else{//如果链表一个节点都没有，直接打印[]
            System.out.println("[]");
        }
        
    }

}



@Test
public void testSingleLinkedList(){
    SingleLinkedList singleList = new SingleLinkedList();
    singleList.addHead("A");
    singleList.addHead("B");
    singleList.addHead("C");
    singleList.addHead("D");
    //打印当前链表信息
    singleList.display();
    //删除C
    singleList.delete("C");
    singleList.display();
    //查找B
    System.out.println(singleList.find("B"));
}

②、用单向链表实现栈

　　栈的pop()方法和push()方法，对应于链表的在头部删除元素deleteHead()以及在头部增加元素addHead()。

package com.ys.datastructure;

public class StackSingleLink {
    private SingleLinkedList link;
    
    public StackSingleLink(){
        link = new SingleLinkedList();
    }
    
    //添加元素
    public void push(Object obj){
        link.addHead(obj);
    }
    
    //移除栈顶元素
    public Object pop(){
        Object obj = link.deleteHead();
        return obj;
    }
    
    //判断是否为空
    public boolean isEmpty(){
        return link.isEmpty();
    }
    
    //打印栈内元素信息
    public void display(){
        link.display();
    }

}

单链表与双链表的结构图如下：

从以上结构可以得出双链表具有以下优点：

1、删除单链表中的某个结点时，如果是尾节点一定要得到待删除结点的前驱，得到该前驱有两种方法，第一种方法是在定位待删除结点的同时一路保存当前结点的前驱。第二种方法是在定位到待删除结点之后，重新从单链表表头开始来定位前驱。尽管通常会采用方法一。但其实这两种方法的效率是一样的，指针的总的移动操作都会有2*i次。而如果用双向链表，则不需要定位前驱结点。因此指针总的移动操作为i次。

2、查找时也一样，我们可以借用二分法的思路，从head（首节点）向后查找操作和last（尾节点）向前查找操作同步进行，这样双链表的效率可以提高一倍。

可是为什么市场上单链表的使用多于双链表呢？

从存储结构来看，每个双链表的节点要比单链表的节点多一个指针，而长度为n就需要 n*length（这个指针的length在32位系统中是4字节，在64位系统中是8个字节） 的空间，这在一些追求时间效率不高应用下并不适应，因为它占用空间大于单链表所占用的空间；这时设计者就会采用以时间换空间的做法，这时一种工程总体上的衡量。

单向链表删除节点时一定需要知道前驱结点吗？

 删除一个节点时，不需要知道前置节点。举例：假如链表A->B->C->D，假如要删除节点B，首先交换B和C的data，然后B->next=C->next，删除C即可，这样做的时间复杂度O(1)，适用于非最后一个节点。如果是删除最后一个节点，那还是需要遍历，复杂度O(n)，综合起来平均复杂度((n-1)O(1)+O(n))/n=O(1)。