什么是链表 (Linked List)？

推荐答案

链表（Linked List）是一种线性数据结构，由一系列节点（Node）组成，每个节点包含数据部分和指向下一个节点的指针（或引用）。链表中的节点在内存中不必连续存储，通过指针将各个节点连接起来。

链表的主要类型包括：

1. 单链表（Singly Linked List）：每个节点只有一个指针，指向下一个节点。
2. 双链表（Doubly Linked List）：每个节点有两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。
3. 循环链表（Circular Linked List）：尾节点的指针指向头节点，形成一个环。

链表的优点：

• 动态内存分配，不需要预先知道数据大小。
• 插入和删除操作效率高，时间复杂度为 O(1)。

链表的缺点：

• 访问元素的时间复杂度为 O(n)，因为需要从头节点开始遍历。
• 需要额外的内存空间存储指针。

本题详细解读

链表的基本结构

链表的基本单位是节点（Node），每个节点包含两个部分：

• 数据域（Data）：存储节点的数据。
• 指针域（Next）：存储指向下一个节点的指针。

在单链表中，节点的结构可以表示为：

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

链表的操作

1. 插入操作：

   • 在链表头部插入：将新节点的 next 指向当前头节点，然后更新头节点为新节点。
   • 在链表尾部插入：遍历链表找到尾节点，将尾节点的 next 指向新节点。
   • 在链表中间插入：找到插入位置的前一个节点，将新节点的 next 指向后一个节点，然后将前一个节点的 next 指向新节点。

2. 删除操作：

   • 删除头节点：将头节点指向下一个节点。
   • 删除尾节点：遍历链表找到倒数第二个节点，将其 next 指向 None。
   • 删除中间节点：找到要删除节点的前一个节点，将其 next 指向要删除节点的下一个节点。

3. 查找操作：

   • 从头节点开始遍历链表，直到找到目标节点或到达链表末尾。

链表的应用场景

• 动态内存分配：链表适合用于需要频繁插入和删除操作的场景，如实现栈、队列等数据结构。
• 实现高级数据结构：链表常用于实现哈希表的链地址法、图的邻接表等。
• 内存受限环境：链表可以灵活地分配内存，适合内存受限的环境。

链表的变种

1. 双链表：

   • 每个节点有两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。
   • 双链表的插入和删除操作更加灵活，但需要更多的内存空间。

2. 循环链表：

   • 尾节点的指针指向头节点，形成一个环。
   • 循环链表适合需要循环遍历的场景，如实现循环队列。

链表的复杂度分析

• 时间复杂度：
  • 访问：O(n)
  • 插入/删除：O(1)（已知位置）或 O(n)（需要查找位置）
• 空间复杂度：O(n)，每个节点需要额外的指针空间。