数据结构课程chap02线性表.ppt
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1、第二章线性表,线性结构的基本特征为:,1集合中必存在唯一的一个“第一元素”;,2集合中必存在唯一的一个“最后元素”;,3除最后元素在外,均有 唯一的后继;,4除第一元素之外,均有 唯一的前驱。,线性结构 是 一类数据元素的有序(次序)集,线性表是一种最简单的线性结构,表头元素,表尾元素,2.1 线性表的类型定义,2.3 线性表类型的实现 链式映象,2.4 一元多项式的表示,2.2 线性表类型的实现 顺序映象,2.1线性表的类型定义,抽象数据类型线性表的定义如下:,ADT List,数据对象:,D ai|ai ElemSet,i=1,2,.,n,n0 称 n 为线性表的表长;称 n=0 时的线性
2、表为空表。,数据关系:,R1|ai-1,aiD,i=2,.,n,设线性表为(a1,a2,.,ai,.,an),称 i 为 ai 在线性表中的位序。,基本操作:,结构初始化操作,结构销毁操作,引用型操作,加工型操作,ADT List,InitList(&L),操作结果:,构造一个空的线性表L。,初始化操作,结构销毁操作,DestroyList(&L),初始条件:操作结果:,线性表 L 已存在。,销毁线性表 L。,ListEmpty(L),ListLength(L),PriorElem(L,cur_e,&pre_e),NextElem(L,cur_e,&next_e),GetElem(L,i,&e
3、),LocateElem(L,e,compare(),ListTraverse(L,visit(),引用型操作:,ListEmpty(L),初始条件:操作结果:,线性表L已存在。,若L为空表,则返回TRUE,否则FALSE。,(线性表判空),ListLength(L),初始条件:操作结果:,线性表L已存在。,返回L中元素个数。,(求线性表的长度),PriorElem(L,cur_e,&pre_e),初始条件:操作结果:,线性表L已存在。,若cur_e是L的元素,但不是第一个,则用pre_e 返回它的前驱,否则操作失败,pre_e无定义。,(求数据元素的前驱),NextElem(L,cur_e,
4、&next_e),初始条件:操作结果:,线性表L已存在。,若cur_e是L的元素,但不是最后一个,则用next_e返回它的后继,否则操作失败,next_e无定义。,(求数据元素的后继),GetElem(L,i,&e),初始条件:操作结果:,线性表L已存在,且 1iLengthList(L)。,用 e 返回L中第 i 个元素的值。,(求线性表中某个数据元素),LocateElem(L,e,compare(),初始条件:操作结果:,线性表L已存在,e为给定值,compare()是元素判定函数。,返回L中第1个与e满足关系compare()的元素的位序。若这样的元素不存在,则返回值为0。,(定位函数
5、),LocateElem(L,e,compare(),(定位函数),ListTraverse(L,visit(),初始条件:操作结果:,线性表L已存在,Visit()为某个访问函数。,依次对L的每个元素调用函数visit()。一旦visit()失败,则操作失败。,(遍历线性表),加工型操作,ClearList(&L),PutElem(&L,i,&e),ListInsert(&L,i,e),ListDelete(&L,i,&e),ClearList(&L),初始条件:操作结果:,线性表L已存在。,将L重置为空表。,(线性表置空),PutElem(&L,i,&e),初始条件:操作结果:,线性表L已
6、存在,且 1iLengthList(L)。,L中第i个元素赋值同e的值。,(改变数据元素的值),ListInsert(&L,i,e),初始条件:操作结果:,线性表L已存在,且 1iLengthList(L)+1。,在L的第i个元素之前插入新的元素e,L的长度增1。,(插入数据元素),ListDelete(&L,i,&e),初始条件:操作结果:,线性表L已存在且非空,1iLengthList(L)。,删除L的第i个元素,并用e返回其值,L的长度减1。,(删除数据元素),利用上述定义的线性表 可以实现其它更复杂的操作,例 2-2,例 2-3,例 2-1,假设:有两个集合 A 和 B 分别用两个线性
7、表 LA 和 LB 表示,即:线性表中的数据元素即为集合中的成员。现要求一个新的集合AAB。,例 2-1,要求对线性表作如下操作:扩大线性表 LA,将存在于线性表LB 中而不存在于线性表 LA 中的数据元素插入到线性表 LA 中去。,上述问题可演绎为:,1从线性表LB中依次察看每个数据元素;,2依值在线性表LA中进行查访;,3若不存在,则插入之。,GetElem(LB,i)e,LocateElem(LA,e,equal(),ListInsert(LA,n+1,e),操作步骤:,GetElem(Lb,i,e);/取Lb中第i个数据元素赋给e if(!LocateElem(La,e,equal()
8、ListInsert(La,+La_len,e);/La中不存在和 e 相同的数据元素,则插入之,void union(List,for(i=1;i=Lb_len;i+),/union,已知一个非纯集合 B,试构造一个纯集合 A,使 A中只包含 B 中所有值各不相 同的数据元素。,仍选用线性表表示集合。,例 2-2,从集合 B 取出物件放入集合 A要求集合A中同样物件不能有两件以上,因此,算法的策略应该和例2-1相同,void union(List/union,GetElem(Lb,i,e);/取Lb中第 i 个数据元素赋给 e if(!LocateElem(La,e,equal()ListI
9、nsert(La,+La_len,e);/La中不存在和 e 相同的数据元素,则插入之,for(i=1;i=Lb_len;i+),InitList(La);/构造(空的)线性表LA,若线性表中的数据元素相互之间可以比较,并且数据元素在线性表中依值非递减或非递增有序排列,即 aiai-1 或 aiai-1(i=2,3,n),则称该线性表为有序表(Ordered List)。,试改变结构,以有序表表示集合。,例如:(2,3,3,5,6,6,6,8,12),对集合 B 而言,值相同的数据元素必定相邻;,对集合 A 而言,数据元素依值从小至大的顺序插入。,因此,数据结构改变了,解决问题的策略也相应要改
10、变。,void purge(List i+)/purge,GetElem(Lb,i,e);/取Lb中第i个数据元素赋给 eif(ListEmpty(La)|!equal(en,e)ListInsert(La,+La_len,e);en=e;/La中不存在和 e 相同的数据元素,则插入之,/La 和 Lb 均非空,i=j=1,k=0 GetElem(La,i,ai);GetElem(Lb,j,bj);if(ai=bj)/将 ai 插入到 Lc 中 ListInsert(Lc,+k,ai);+i;else/将 bj 插入到 Lc 中 ListInsert(Lc,+k,bj);+j;,void Me
11、rgeList(List La,List Lb,List&Lc)/本算法将非递减的有序表 La 和 Lb 归并为 Lc/merge_list,while(i=La_len)&(j=Lb_len)/La 和 Lb 均不空 while(i=La_len)/若 La 不空while(j=Lb_len)/若 Lb 不空,InitList(Lc);/构造空的线性表 Lci=j=1;k=0;La_len=ListLength(La);Lb_len=ListLength(Lb);,while(i=La_len)/当La不空时 GetElem(La,i+,ai);ListInsert(Lc,+k,ai);/插
12、入 La 表中剩余元素,while(j=Lb_len)/当Lb不空时 GetElem(Lb,j+,bj);ListInsert(Lc,+k,bj);/插入 Lb 表中剩余元素,2.2 线性表类型的实现-顺序映象,最简单的一种顺序映象方法是:令 y 的存储位置和 x 的存储位置相邻。,顺序映象,以 x 的存储位置和 y 的存储位置之间某种关系表示逻辑关系。,用一组地址连续的存储单元 依次存放线性表中的数据元素,a1 a2 ai-1 ai an,线性表的起始地址称作线性表的基地址,以“存储位置相邻”表示有序对 即:LOC(ai)=LOC(ai-1)+C 一个数据元素所占存储量,所有数据元素的存储位
13、置均取决于 第一个数据元素的存储位置 LOC(ai)=LOC(a1)+(i-1)C 基地址,顺序映像的 C 语言描述,typedef struct SqList;/俗称 顺序表,#define LIST_INIT_SIZE 80/线性表存储空间的初始分配量#define LISTINCREMENT 10/线性表存储空间的分配增量,ElemType*elem;/存储空间基址,int length;/当前长度,int listsize;/当前分配的存储容量/(以sizeof(ElemType)为单位),线性表的基本操作在顺序表中的实现,InitList(&L)/结构初始化,LocateElem(L
14、,e,compare()/查找,ListInsert(&L,i,e)/插入元素,ListDelete(&L,i)/删除元素,Status InitList_Sq(SqList&L)/构造一个空的线性表/InitList_Sq,算法时间复杂度:,O(1),L.elem=(ElemType*)malloc(LIST_ INIT_SIZEsizeof(ElemType);if(!L.elem)exit(OVERFLOW);,L.length=0;L.listsize=LIST_INIT_SIZEreturn OK;,例如:顺序表,e=,38,i,1,2,3,4,1,8,50,可见,基本操作是:将顺序
15、表中的元素逐个和给定值 e 相比较。,int LocateElem_Sq(SqList L,ElemType e,Status(*compare)(ElemType,ElemType)/在顺序表中查询第一个满足判定条件的数据元素,/若存在,则返回它的位序,否则返回 0/LocateElem_Sq,O(ListLength(L),算法的时间复杂度为:,i=1;/i 的初值为第 1 元素的位序p=L.elem;/p 的初值为第 1 元素的存储位置,while(i=L.length,if(i=L.length)return i;else return 0;,(*compare)(*p+,e),线性表
16、操作 ListInsert(&L,i,e)的实现:,首先分析:,插入元素时,线性表的逻辑结构发生什么变化?,(a1,ai-1,ai,an)改变为(a1,ai-1,e,ai,an),Status ListInsert_Sq(SqList&L,int i,ElemType e)/在顺序表L的第 i 个元素之前插入新的元素e,/i 的合法范围为 1iL.length+1/ListInsert_Sq,算法时间复杂度为:,O(ListLength(L),q=,元素右移,考虑移动元素的平均情况:,假设在第 i 个元素之前插入的概率为,则在长度为n 的线性表中插入一个元素所需移动元素次数的期望值为:,若假定
17、在线性表中任何一个位置上进行插入的概率都是相等的,则移动元素的期望值为:,if(L.length=L.listsize)/当前存储空间已满,增加分配 newbase=(ElemType*)realloc(L.elem,(L.listsize+LISTINCREMENT)*sizeof(ElemType);if(!newbase)exit(OVERFLOW);/存储分配失败 L.elem=newbase;/新基址 L.listsize+=LISTINCREMENT;/增加存储容量,if(i L.length+1)return ERROR;/插入位置不合法,例如:ListInsert_Sq(L,5
18、,66),L.length-1,0,87,56,42,66,q=,线性表操作 ListDelete(&L,i,&e)的实现:,首先分析:,删除元素时,线性表的逻辑结构发生什么变化?,(a1,ai-1,ai,ai+1,an)改变为(a1,ai-1,ai+1,an),ai+1,an,表的长度减少,Status ListDelete_Sq(SqList&L,int i,ElemType&e)/ListDelete_Sq,for(+p;p=q;+p)*(p-1)=*p;/被删除元素之后的元素左移-L.length;/表长减1return OK;,算法时间复杂度为:,O(ListLength(L),p=
19、/表尾元素的位置,if(i L.length)return ERROR;/删除位置不合法,元素左移,考虑移动元素的平均情况:,假设删除第 i 个元素的概率为,则在长度为n 的线性表中删除一个元素所需移动元素次数的期望值为:,若假定在线性表中任何一个位置上进行删除的概率都是相等的,则移动元素的期望值为:,L.length-1,0,87,56,p=,例如:ListDelete_Sq(L,5,e),2.3 线性表类型的实现-链式映象,一、单链表,二、结点和单链表的 C 语言描述,三、线性表的操作在单链表中的实现,四、一个带头结点的单链表类型,五、其它形式的链表,六、有序表类型,用一组地址任意的存储单
20、元存放线性表中的数据元素。,一、单链表,以元素(数据元素的映象)+指针(指示后继元素存储位置)=结点(表示数据元素 或 数据元素的映象),以“结点的序列”表示线性表 称作链表,以线性表中第一个数据元素 的存储地址作为线性表的地址,称作线性表的头指针。,头结点,头指针,头指针,有时为了操作方便,在第一个结点之前虚加一个“头结点”,以指向头结点的指针为链表的头指针。,空指针,线性表为空表时,头结点的指针域为空,Typedef struct LNode ElemType data;/数据域 struct Lnode*next;/指针域 LNode,*LinkList;,二、结点和单链表的 C 语言描
21、述,LinkList L;/L 为单链表的头指针,三、单链表操作的实现,GetElem(L,i,e)/取第i个数据元素,ListInsert(&L,i,e)/插入数据元素,ListDelete(&L,i,e)/删除数据元素,ClearList(&L)/重置线性表为空表,CreateList(&L,n)/生成含 n 个数据元素的链表,线性表的操作 GetElem(L,i,&e)在单链表中的实现:,j,1,2,3,因此,查找第 i 个数据元素的基本操作为:移动指针,比较 j 和 i。,单链表是一种顺序存取的结构,为找第 i 个数据元素,必须先找到第 i-1 个数据元素。,令指针 p 始终指向线性表
22、中第 j 个数据元素。,Status GetElem_L(LinkList L,int i,ElemType&e)/L是带头结点的链表的头指针,以 e 返回第 i 个元素/GetElem_L,算法时间复杂度为:,O(ListLength(L),p=L-next;j=1;/p指向第一个结点,j为计数器,while(p/顺指针向后查找,直到 p 指向第 i 个元素/或 p 为空,if(!p|ji)return ERROR;/第 i 个元素不存在e=p-data;/取得第 i 个元素return OK;,线性表的操作 ListInsert(&L,i,e)在单链表中的实现:,有序对 改变为 和,因此,
23、在单链表中第 i 个结点之前进行插入的基本操作为:找到线性表中第i-1个结点,然后修改其指向后继的指针。,可见,在链表中插入结点只需要修改指针。但同时,若要在第 i 个结点之前插入元素,修改的是第 i-1 个结点的指针。,Status ListInsert_L(LinkList L,int i,ElemType e)/L 为带头结点的单链表的头指针,本算法/在链表中第i 个结点之前插入新的元素 e/LinstInsert_L,算法的时间复杂度为:,O(ListLength(L),p=L;j=0;while(p/i 大于表长或者小于1,s=(LinkList)malloc(sizeof(LNod
24、e);/生成新结点s-data=e;s-next=p-next;p-next=s;/插入return OK;,s,p,线性表的操作ListDelete(&L,i,&e)在链表中的实现:,有序对 和 改变为,在单链表中删除第 i 个结点的基本操作为:找到线性表中第i-1个结点,修改其指向后继的指针。,q=p-next;p-next=q-next;e=q-data;free(q);,p,q,Status ListDelete_L(LinkList L,int i,ElemType&e)/删除以 L 为头指针(带头结点)的单链表中第 i 个结点/ListDelete_L,算法的时间复杂度为:,O(L
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