数据结构课件第2章线性表.ppt
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1、第二章线性表,题目一:狐狸逮兔子实验【问题描述】围绕着山顶有10个圆形排列的洞,狐狸要吃兔子,兔子说:“可以,但必须找到我,我就藏身于这十个洞中,你先到号洞找,第二次隔个洞(即3号洞)找,第三次隔个洞(即6号洞)找,以后如此类推,次数不限。”但狐狸从早到晚进进出出了1000次,仍没有找到兔子。问兔子究竟藏在哪个洞里?,学习目标掌握线性表的顺序存储结构及具体操作实现;掌握线性表的单、双向链接存储结构及具体操作实现;掌握算法时间复杂度分析。,线性结构的定义:,若结构是非空有限集,则有且仅有一个开始结点和一个终端结点,并且所有结点都最多只有一个直接前趋和一个直接后继。可表示为:(a1,a2,an),
2、特点: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。,简言之,线性结构反映结点间的逻辑关系是 的。,线性结构包括:线性表、堆栈、队列、字符串、数组等,其中最典型、最常用的是-,一对一(1:1),线性表,2.1 线性表的类型定义,2.3 线性表类型的实现 链式映象,2.2 线性表类型的实现 顺序映象,2.1线性表的类型定义,2.1 线性表的基本概念,、线性表它是一种最简单的线性结构。是一种可以在任意位置进行插入和删除数据元素操作的,由n(n0)个相同类型数据元素a0,a1,an-1组成的线
3、性结构。,(a0,a1,ai-1,ai,ai1,,an-1),线性表的逻辑结构:,n=0时称为,数据元素,线性起点,ai的直接前趋,ai的直接后继,下标,是元素的序号,表示元素在表中的位置,n为元素总个数,即表长。n0,空表,线性终点,(A,B,C,D,Z),例2 分析学生情况登记表是什么结构。,分析:数据元素都是同类型(记录),元素间关系是线性的。,分析:数据元素都是同类型(字母),元素间关系是线性的。,注意:同一线性表中的元素必定具有相同特性!,例1 分析26 个英文字母组成的英文表是什么结构。,抽象数据类型线性表的定义如下:,ADT List,数据对象:,D ai|ai ElemSet,
4、i=1,2,.,n,n0,数据关系:,R1|ai-1,aiD,i=2,.,n,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),LocateElem(L,e,compare(),ListTrav
5、erse(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,&next_e),初始条件:操作结果:,线性表L已存在。,若cur_e
6、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),ListTraverse(L,visit(),初始条件:操作结果:
7、,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),
8、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
9、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()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,fo
10、r(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,集合 B,集合 A,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()ListInsert(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_
11、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:如果集合 B,(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;,如果构造一个纯集合 A,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变。,void purge(List i+)/purge,GetElem(L
12、b,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,线性表的存储结构是指为它开辟的计算机存储空间、存储空间的联系以及所采用的程序实现方法。线性表的存储结构主要有如下两类:,(1)顺序存储结构(2)链式存储结构,2.2 线性表类型的实现 顺序映像,1、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(逻辑关系相邻,物理位置相邻。),a1 a2 ai-1 ai an,线性表的起始地址称作线性表的基地址,(1)逻辑上相邻的数据元素,其物理
13、上也相邻;(2)若已知表中首元素在存储器中的位置,则其他元素存放位置亦可求出。,设首元素a0的存放地址为LOC(a0)(称为首地址),设每个元素占用存储空间(地址长度)为L字节,则表中任一数据元素的存放地址为:LOC(ai+1)=LOC(ai)+L LOC(ai)=LOC(a0)+L*i,对上述公式的解释如图所示,2、线性表顺序存储特点:,地址 内容 元素在表中的位序,0,i,1,n-1,空闲区,i+1,L,b=LOC(a0),b+L,b+iL,b+(n-1)L,b+(MaxSize-1)L,LOC(ai)=LOC(a0)+L*i,3、线性表的顺序存储结构示意图,4、顺序映像的 C 语言描述,
14、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),5、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,e,compare()/查找,ListInsert(&L,i,e)/插入元素,ListDelete(&L,i)/
15、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;,定位:判断某个元素是否存在,存在给出其位置,否则为0,e=,38,i,1,2,3,4,1,8,50,可见,基本操作是:将顺序表中的元素逐个和给定值 e 相比较。,int LocateElem_Sq(
16、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),int LocateElem_Sq(SqList L,ElemType e,)p
17、=L.elem;for(i=1;i=L.length;i+)if(*p+=e)return i;else return 0;/LocateElem_Sq,时间复杂性:(找到)最好 1次 O(1)最坏 n次 O(n)平均 n/2次 O(n),(找不到)最好 n+1次 O(n)最坏 n+1次 O(n)平均 n+1次 O(n),线性表操作 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
18、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,例如:ListInsert_Sq(L,5,66),L.length-1,0,87,56,42,66,q=/插入e,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,in
19、t 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=/表尾元素的位置,if(i L.length)return ERROR;/删除位置不合法,元素左移,L.length-1,0,87,56,p=,例如:ListDelete_Sq(L,5,e),例:试用C或类C语言编写一高效算法,将一顺序存储的线性表(设元素均为整型量)中所有零元素向表尾集中,其他元素则顺序向表头方向集中。,(a1,a2,ai-1,ai,ai
20、+1,,an),常见做法:从前往后扫描,见到0元素则与尾部非0元素互换;,从后往前扫描,见到0元素则后面元素统统前移;,从前往后扫描,见到0元素先计数,再将后续的一个非0元素前移,全部扫完后再把后续部分(长度为0元素的个数)清0。,深圳华为公司来某校招聘面试题,解:void SortA(SeqList*L)int i=0,zerosum=0;if(L-lenghth=0)return(0);/空表则结束 else for(i=0;ilenghth-1;i+)if(L-elemi0)L-elemi-zerosum=L-elemi;else zerosum+;for(i=L-lenghth-zer
21、osum;ilenghth;i+)L-elemi=0;/表的后部补0,6、其它一些操作实现,1、清空操作 void ClearList(SqList&L),L.length=0;删除L中所有元素,使之成为一个空表,2.判空操作,bool ListEmpty(SqList&L),return(L.length=0);/if(L.length=0)/return true;/else return false;若L为空表,返回真,否则返回假,3、有关查表的操作 1.遍历一个线性表 void TraverseList(SqList&L),for(int i=0;iL.length-1;i+)cout
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