算法快学笔记（二）：数组与链表

1. 说明

当程序需要将数据存储到内存时，计算机会给你一个存储地址。需要存

储多项数据时，有两种基本方式——数组和链表。但它们并非都适用于所有的情形，因此知道它们的特性很重要。本文将对数组与链表的原理与优缺点进行总结。

2. 数组

使用数组存储多个元素的时候，数组中元素的地址时刻都是挨在一起的，为了便于理解，以看电影为例进行说明。

你和你小伙伴的关系都非常的好，如果一起看电影必须要座位要挨在一起，你先和两个小伙伴去看电影，到了电影院只坐有连续三个空位的地方（ 数组初始化 ）。找到地方就坐后又来了一位朋友，但原来坐的地方没有空位置，这时只能重新找一个可坐下所有人的地方（ 数组插入新元素 ）。如果又来了一位朋友，而当前坐的地方也没有空位，你们就得再次转移！好不容易安稳的看了会电影，有个小伙伴又要离开，为了让大家都紧挨着，有一部分小伙伴就需要挪动下座位（ 数组删除元素 ）。

真是太麻烦了。同样，在数组中添加/删除元素也很麻烦。因此数组添加/删除元素的速度都会很慢。

对于新增元素的一种解决之道是“预留座位”：即便你们现在只有3个小伙伴，也请计算机提供10个位置，以防临时有朋友来的情况。这样，只要小伙伴不超过10个，就无需转移。

该方案存在两个缺点。

• 你额外请求的位置可能根本用不上，这将浪费内存。你没有使用，别人也用不了。
• 待办事项超过10个后，你还得转移。

3. 链表

链表的每个元素都存储了下一个元素的地址，从而使一系列随机的内存地址串在一起，因此链表中的元素可存储在内存的任何地方，当添加/删除元素时其他的元素都不需要移动。同样以看电影为例对链表进行说明。

假设你与10位朋友去看一部很火的电影。你们11人想坐在一起，但看电影的人较多，没有11个在一起的座位，如果是数组的解决方式，这个电影就看不了了，因为实在没有这么多空的位置是在一起的。链表的解决方式是“既然这样，我们分开来坐，但是为大家之间还可能会联系，因此每个人都依次记得下一个人的座位号，例如A记得B的座位号是008,B记得C的座位号是102…”，因此，只要有足够的内存空间，就能为链表分配内存

4. 数组与链表的查询

从看电影的例子可以看出，使用链表的方式，解决入场观看（初始化），以及中途人员变动(新增/删除)是一个比较好的方案，但是如果用来找你的小伙伴了？考虑以下两种操作

4.1 全部查找

1. 数组方式：由于所有小伙伴都做在一起，只要找到第一个，其他的就都能找到。
2. 链表方式：虽然小伙伴都是分散做的，但是由于每个小伙伴都知道下一个小伙伴的座位号，因此要找全部小伙伴也比较方便

4.2 随机查找

假设10个小伙伴的入场看电影的时候，是按照年龄从小到大的顺序入场的，你突然要找年龄最大的那个小伙伴。

1. 数组方式：由于所有小伙伴都做在一起，找到第一个人后，他的座位号+10就是年龄最大的那个小伙伴。
2. 链表方式：由于小伙伴都是分散坐的，所以你只能从第一个人问第二个人的座位号，到第二个人那边后，问他第三个人的座位号，以此类推。

通过上面的例子可以看出，在随机读取的场景：

1. 需要随机地读取元素时，数组的效率很高，因为可迅速找到数组的任何元素。
2. 在链表中元素并非靠在一起的，你无法迅速计算出第i个元素的内存地址，而必须先访问第一个元素以获取第二个元素的地址，再访问第二个元素以获取第三个元素的地址，以此类推，直到访问第i个元素。

5. 总结

• 需要存储多个元素时，可使用数组或链表。
• 数组的元素都在一起。
• 链表的元素是分开的，其中每个元素都存储了下一个元素的地址。
• 数组的随机读取速度很快。
• 链表的插入和删除速度很快。
• 在同一个数组中，所有元素的类型都必须相同（都为int、 double等）。