程序员基本功09 线性表

I（Information）信息、T（Technology）技术，编程的本质是对数据的处理。数据结构就是研究数据之间的逻辑关系、存储方式及其操作的学问。

从数据的逻辑结构来分，数据元素之间存在的关系被称为数据的逻辑结构。大致分为四种：

集合：数据元素之间只有“同属于一个集合”关系。
线性结构：数据元素之间存在一个对一个的关系
树形结构：数据元素之间存在一个对多个的关系
图形结构或网状结构：数据元素之间存在多个对多个的关系

对于数据不同的逻辑结构，计算机在物理磁盘上通常由2中物理存储结构：

顺序存储结构
链式存储结构

1、线性表的基本概念

对于常用的数据结构，可以将其简单的分为线性结构和非线性结构。其中线性结构主要是线性表，非线性结构则主要是树和图。
线性表是由有限个具有相同结构的元素组成的序列。
对于一个非空有限的线性表而言，其基本特征有：

总存在唯一的第一个数据元素
总存在唯一的最后一个数据元素
除第一个数据元素外，集合中的每一个数据元素都只有一个前驱的数据元素
除最后一个数据元素外，集合中每一个数据元素都只有一个后继的数据元素

2、线性表应该提供的基本操作

初始化：通常是一个构造器，用于创建一个空的线性表
线性链表的长度：返回线性表中数据元素的个数
获取指定索引处的元素：
按值查找数据元素的位置：如果存在一个或多个，返回第一个搜索值相等的数据元素索引，否则返回-1
直接插入数据元素：表头插入元素，线性表长度+1
向指定位置插入元素：
删除数据元素：删除表头的数据元素，线性长度-1
删除指定位置的数据元素：
判断线性表是否为空
清空线性表

3、顺序线性表的实现

用一组地址连续的存储单元依次存放线性表的元素。

4、链式线性表的实现

链表采用一组地址任意的存储单元存放线性表中的数据元素，每一个元素里保存下一个数据元素的引用（指针）。
链表在插入、删除数据元素时，比顺序线性表快得多，但是查找一个节点或者访问特定序号的节点比顺序表慢。
使用链表结构可以克服顺序线性表需要预先知道数据大小的缺点，链表结构可以充分利用计算机空间，实现灵活的内存动态管理。但是链表结构失去了数组随机存取的特点，同时链表由于增加了节点的指针域，空间开销比较大。
链表的每一个节点必须包含数据元素本身和一个或俩个节点的引用。

5、单链表

单链表指的是每个节点只保留一个引用，该引用指向当前节点的下一个节点，没有引用节点指向头节点，为节点的next引用为null；

动态建立单链表有两种方法：

头插法建表：从一个空表开始，不断地创建新节点，将数据元素存入节点的data域中，然后不断地以新节点为头节点，让新节点指向原有头节点
尾差法建表：将新节点插入到当前链表的表尾上，因此需要为链表定义一个引用变量来保存链表的最后一个节点。

6、循环链表

循环链表是一种首尾相接的链表，将单链表的尾节点next指针改为引用单链表hearder节点，这个单链表就是循环链表。

显著特征就是：从链表的任一节点出发均可找到其他所有节点

7、双向链表

如果每个节点保留俩个引用prev和next，让prev指向当前节点的上一个节点，让next指向当前节点的下一个节点，此时链表既可以从后依次访问每个节点，也可以从前依次访问每个节点，这种形式的链表称为双向链。它克服了单链表上指针单向性的缺点。

8、不同线性表的实现差异

顺序表

链表

空间性能

顺序表的存储空间是静态分布的，需要一个长度固定

的数组，因此总有部分数组元素被浪费

链表的存储空间是动态分布的，因此不会空间浪费。但链表需要格外的空间来为每个节点保存指针，需要占用一部分空间。

时间性能

顺序表中的元素的逻辑顺序与物理存储顺序保持一致，而且支持随机存取。因此查找和读取时性能好

链表采用链式结构来保存表内元素，因此插入和删除时性能较好。

9、线性表的基本功能

线性表本质上是一个充当容器的工具类，当程序有一组结构相同的数据元素需要保存时，可以考虑使用线性表来保存它们。从某种程度来说，线性表是数组的加强，线性表比数组多如下功能：

线性表的长度可以动态改变，但Java数组的长度是固定的；
线性表可以插入元素，数组无法插入元素；
线性表可以删除元素，数组无法删除元素，数组只能将指定元素赋值为null，当各种元素依然存在；
线性表提供方法来搜索指定元素的位置，但数组一般不提供该方法；
线性表提供方法来清空所有元素，数组一般不提供类似方法。

10、Java提供的线性表的实现

ArrayList和LinkedList