链表: 动态数据结构的本质

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2023-12-03 12:20:10

何谓链表

链表是一种动态的数据结构，由一系列节点组成，每个节点包含数据元素和对下一个节点的引用。链表具有灵活性和可扩展性，并且在某些场景下比数组更适合存储数据。

链表与数组的差异

链表和数组都是存储数据的结构，但它们之间存在一些关键差异。数组是一个连续的内存块，它存储的数据元素具有相同的类型和大小。链表则是一种非连续的内存块，它存储的数据元素可以具有不同的类型和大小。此外，数组的大小是固定的，而链表的大小是可变的。

链表的优点

链表具有以下优点：

灵活性: 链表可以很容易地插入和删除元素，而数组则需要移动其他元素来腾出或填补空间。
可扩展性: 链表可以很容易地扩展，而数组则需要重新分配内存空间。
内存效率: 链表可以节省内存空间，因为它们只存储数据元素和对下一个节点的引用，而数组则需要存储数据元素和它们的索引。

链表的缺点

链表也有一些缺点：

随机访问: 链表不能随机访问数据元素，因为它必须从链表的开头遍历到要访问的元素。
缓存性能: 链表的缓存性能不如数组，因为链表中的数据元素不是连续存储的。

何时使用链表

链表通常用于以下场景：

当需要频繁地插入和删除元素时。
当需要存储不同类型和大小的数据元素时。
当需要节省内存空间时。

链表的实现

链表可以通过多种编程语言实现。以下是用 Python 实现的链表：

class Node:
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.next = None


class LinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = None

    def insert(self, data):
        new_node = Node(data)
        if self.head is None:
            self.head = new_node
        else:
            current_node = self.head
            while current_node.next is not None:
                current_node = current_node.next
            current_node.next = new_node

    def delete(self, data):
        if self.head is None:
            return

        if self.head.data == data:
            self.head = self.head.next
            return

        current_node = self.head
        while current_node.next is not None:
            if current_node.next.data == data:
                current_node.next = current_node.next.next
                return
            current_node = current_node.next

    def print_list(self):
        current_node = self.head
        while current_node is not None:
            print(current_node.data, end=" ")
            current_node = current_node.next


if __name__ == "__main__":
    linked_list = LinkedList()
    linked_list.insert(1)
    linked_list.insert(2)
    linked_list.insert(3)
    linked_list.insert(4)
    linked_list.insert(5)

    linked_list.print_list()

    linked_list.delete(3)

    linked_list.print_list()