顺序表——基本概念、顺序表类实现、基本操作
顺序表
线性表的顺序存储结构
1、数组是实现顺序存储结构的基础。
特点:地址连续确定,容量固定,随机存取T(n) = O(1)
一维数组占用一块内存空间,数组的存储单元个数成为数组容量,也成为数字长度。每个存储单元的地址是连续的,即每个元素连续存储。(反映了顺序表的逻辑结构)。
存取任何一个元素的时间复杂度是O(1)的数据结构成为随机存储结构,数组也是随机存储结构。
2、顺序表
线性表的顺序存储结构成为顺序表。数据元素在内存的物理存储次序反映了线性表数据元素之间的逻辑次序。
当顺序表使用的数组容量不够时,解决数据溢出的办法是,申请另一个更大容量的数组并进行数组元素赋值。(延伸:浅拷贝和深拷贝)
顺序表类声明
package SeqList;public class SeqList extends Object
{protected Object[] element; //对象数组,保护成员protected int n; //顺序表元素个数(长度)//1. 构造、存取public SeqList(int length) //构造容量为length的空表{this.element = new Object[length]; //申请数组的存储空间,元素为null。//若length<0,Java抛出负数组长度异常 java.lang.NegativeArraySizeExceptionthis.n = 0;}public SeqList() //创建默认容量的空表,构造方法重载{this(64); //调用本类已声明的指定参数列表的构造方法}public SeqList(T[] values) //构造顺序表,由values数组提供元素,忽略其中空对象{this(values.length); //创建容量为values.length的空表//若values==null,用空对象调用方法,Java抛出空对象异常NullPointerExceptionfor (int i=0; i<values.length; i++) //复制数组元素,O(n)this.element[i] = values[i]; //对象引用赋值this.n = element.length;}public boolean isEmpty() //判断顺序表是否空,若空返回true,O(1){return this.n==0;}public int size() //返回顺序表元素个数,O(1){return this.n;}//存取操作public T get(int i) //返回第i个元素,0≤i<n。若i越界,返回null。O(1){if (i>=0 && i<this.n)return (T)this.element[i]; //返回数组元素引用的对象,传递对象引用
// return this.element[i]; //编译错,Object对象不能返回T对象return null;} //设置第i个元素为x,0≤i<n。若i越界,抛出序号越界异常;若x==null,抛出空对象异常。O(1)public void set(int i, T x){if (x==null)throw new NullPointerException("x==null"); //抛出空对象异常if (i>=0 && i<this.n)this.element[i] = x;else throw new java.lang.IndexOutOfBoundsException(i+"");//抛出序号越界异常}//返回顺序表所有元素的描述字符串,形式为“(,)”。覆盖Object类的toString()方法public String toString(){String str=this.getClass().getName()+"("; //返回类名if (this.n>0)str += this.element[0].toString(); //执行T类的toString()方法,运行时多态for (int i=1; i<this.n; i++)str += ", "+this.element[i].toString(); //执行T类的toString()方法,运行时多态return str+") "; //空表返回()}
}
操作的效率分析
顺序表插入操作
//2. 顺序表的插入操作//插入x作为第i个元素,x!=null,返回x序号。若x==null,抛出空对象异常。O(n)//对序号i采取容错措施,若i<0,插入x在最前;若i>n,插入x在最后public int insert(int i, T x){if (x==null) //判断插入的元素是否为空throw new NullPointerException("x==null"); //抛出空对象异常if (i<0) i=0; //插入位置i容错,插入在最前if (i>this.n) i=this.n; //插入在最后Object[] source = this.element; //数组变量引用赋值,source也引用element数组if (this.n==element.length) //若数组满,则扩充顺序表的数组容量{this.element = new Object[source.length*2]; //重新申请一个容量更大的数组for (int j=0; j<i; j++) //复制当前数组前i-1个元素this.element[j] = source[j];}for (int j=this.n-1; j>=i; j--) //从i开始至表尾的元素向后移动,次序从后向前this.element[j+1] = source[j];this.element[i] = x;this.n++;return i; //返回x序号}public int insert(T x) //顺序表尾插入x元素,返回x序号。成员方法重载{return this.insert(this.n, x); //插入操作中,this.n加1}
顺序表删除操作
顺序表删除元素ai,必须将ai之后的ai+1、ai+2、...、an-1元素依次向前移动
1、先将ai后的数据依次向前移动
2、将最后一个数据元素释放空间
//3. 顺序表的删除操作public T remove(int i) //删除第i个元素,0≤i<n,返回被删除元素。若i越界,返回null。//??若i越界,抛出序号越界异常{if (this.n>0 && i>=0 && i<this.n) {T old = (T)this.element[i]; //old中存储被删除元素for (int j=i; j<this.n-1; j++)this.element[j] = this.element[j+1]; //元素前移一个位置this.element[this.n-1]=null; //设置数组元素对象为空,释放原引用实例this.n--;return old; //返回old局部变量引用的对象,传递对象引用}return null;//throw new IndexOutOfBoundsException(i+""); //抛出序号越界异常}
删除元素操作所花费的 时间主要用于移动元素。删除一个元素平均移动n/2个元素,时间复杂度为O(n)。
顺序表查找操作
//4. 顺序查找
//顺序查找首次出现的与key相等元素,返回元素序号i,0≤i<n;查找不成功返回-1。
//若key==null,Java抛出空对象异常NullPointerException
public int search(T key)
{for (int i=0; i<this.n; i++){if (key.equals(this.element[i])) //执行T类的equals(Object)方法,运行时多态return i;}return -1; //空表或未找到时
}
public boolean contains(T key) //判断是否包含关键字为key元素{return this.search(key)!=-1;}
顺序查找的次数取决于元素位置,T(n)=O(n)
顺序表的浅拷贝与深拷贝
public SeqList(SeqList<T> list) //浅拷贝构造方法,复制对象{this.n = list.n; //int整数赋值,复制了整数值this.element = list.element; //数组引用赋值,两个变量共用一个数组,错误}
数组是引用数据类型,数组引用赋值传递了数组的引用信息,没有申请新的存储空间,this和list引用同一个数组,修改、插入、删除等操作时会同时结果相互影响
public SeqList(SeqList<? extends T> list) //拷贝构造方法,深拷贝,复制list
{ this.n = list.n; this.element = new Object[list.element.length]; //申请一个数组for (int i=0; i<list.n; i++) //复制list所有元素,O(n)this.element[i] = list.element[i]; //对象引用赋值,没有创建新对象}
}
这里的深拷贝申请了新的数组空间,进行插入和删除操作不会影响对方对象。
顺序表比较相等
//6. 顺序表比较相等public boolean equals(Object obj) //比较两个顺序表是否相等。覆盖。O(n){if (this==obj) //若this和obj引用同一个顺序表实例,则相等return true;if (obj instanceof SeqList<?>) //若obj引用顺序表实例。SeqList<?>是所有SeqList<T>的父类{SeqList<T> list = (SeqList<T>)obj; //声明list也引用obj引用的实例if (this.n==list.n) //比较两者长度是否相等{for (int i=0; i<this.n; i++) //比较两个顺序表的所有元素是否相等if (!(this.get(i).equals(list.get(i))))//equals(Object)运行时多态return false; return true;}}return false;}
时间复杂度是O(n)。
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