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3.1 顺序表

顺序表是顺序存储方式,即逻辑上相邻的数据在计算机内的存储位置也是相邻的。在顺序存储方式中,元素存储是连续的,中间不允许有空,可以快速定位某个元素,所以插入、删除时需要移动大量元素。根据分配空间方法的不同,顺序表可以分为静态分配和动态分配两种。

在顺序表中,最简单的方法是使用一个定长数组data[]存储数据,最大空间为Maxsize,用length记录实际的元素个数,即顺序表的长度。这种用定长数组存储的方法被称为静态分配。

当采用静态分配的方法时,定长数组需要预先分配一段固定大小的连续空间,但是在运算过程中进行合并、插入等操作容易超过预分配的空间长度,并出现溢出。可以采用动态分配的方法解决溢出问题。

在程序运行过程中,根据需要动态分配一段连续的空间(大小为Maxsize),用elem记录该空间的基地址(首地址),用length记录实际的元素个数,即顺序表的长度。采用动态分配方法时,在运算过程中如果发生溢出,则可以另外开辟一块更大的存储空间,用来替换原来的存储空间,从而达到扩充存储空间的目的。

顺序表的动态分配结构体定义如下图所示。

1. 插入

在顺序表中的第 i 个位置之前插入一个元素 e ,需要从最后一个元素开始,后移一位……直到把第 i 个元素也后移一位,然后把 e 放入第 i 个位置,如下图所示。

算法步骤:

(1)判断插入位置 i 是否合法(1≤ i L .length+1),可以在第1个元素之前插入,也可以在第 L .length+1个元素之前插入。

(2)判断顺序表的存储空间是否已满。

(3)将第 L .length至第 i 个元素依次向后移动一个位置,空出第 i 个位置。

(4)将要插入的新元素 e 放入第 i 个位置。

(5)表长加1,插入成功后返回true。

完美图解: 例如,在顺序表中的第5个位置之前插入一个元素9。

(1)移动元素。从最后一个元素(下标为 L .length−1)开始后移一位,移动过程如下图所示。

(2)插入元素。此时第5个位置空出来,将要插入的元素9放入第5个位置,表长加1。

算法代码

算法分析: 可以在第1个位置之前插入,也可以在第2个位置之前插入……在第 n 个位置之前插入或在第 n +1个位置之前插入,共有 n +1种情况,每种情况下移动元素的个数都是 n i +1。把每种情况移动次数乘以其插入概率 p i 并求和,即平均时间复杂度。如果插入概率均等,即每个位置的插入概率均为1/( n +1),则平均时间复杂度如下:

因此,假设每个位置插入的概率均等,则顺序表中插入元素算法的平均时间复杂度为 O ( n )。

2. 删除

在顺序表中删除第 i 个元素时,需要把该元素暂存到变量 e 中,然后从第 i +1个元素开始前移……直到把第 n 个元素也前移一位,即可完成删除操作。

算法步骤:

(1)判断插入位置 i 是否合法(1≤ i L .length)。

(2)将欲删除的元素保留在 e 中。

(3)将第 i +1至第 n 个元素依次向前移动一个位置。

(4)表长减1,若删除成功则返回true。

完美图解: 例如,从顺序表中删除第5个元素,如下图所示。

(1)移动元素。首先将待删除元素2暂存到变量 e 中,以后可能有用,如果不暂存,则将被覆盖。然后从第6个元素开始前移一位,移动元素的过程如下图所示。

(2)表长减1,删除元素后的顺序表如下图所示。

算法代码

算法分析: 在顺序表中删除元素共有 n 种情况,每种情况移动元素的个数都是 n i 。把每种情况移动次数乘以其删除概率 p i 并求和,即平均时间复杂度。假设删除每个元素的概率均等,即每个元素的删除概率均为1/ n ,则平均时间复杂度如下:

因此,假设每个元素删除的概率均等,则顺序表中删除元素算法的平均时间复杂度为 O ( n )。

● 顺序表的优点:操作简单,存储密度高,可以随机存取,只需 O (1)的时间就可以取出第 i 个元素。

● 顺序表的缺点:需要预先分配最大空间,最大空间数估计过大或过小都会造成空间浪费或溢出。进行插入和删除操作时需要移动大量元素。

在实际问题中,如果经常需要进行插入、删除操作,则采用顺序表的效率很低,这时可以采用链式存储。 2vHnfpiIDxpcj1yITz0nSxZ24FlSSzPSUC0aPW2KSkcvYXgTFKFhqJxCQsIYF5z/

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