【数据结构与算法】(5)：数组、栈、链表、队列结构与对比

在程序中经常需要使用到 数组、栈、链表、队列 等数据结构，本文就介绍一下这些数据结构的特点与复杂度分析。

一、数组

数组是一种 线性 数据结构，它由一系列相同类型的元素组成，这些元素在内存中是连续存储的。数组的特点包括：

• 数组是物理结构，是一个真正的功能实现，受限于编程语言 。
• 随机访问：由于数组中的元素在内存中是连续存储的，因此可以通过索引直接访问任意位置的元素。
• 固定大小：数组的大小在创建时就确定了，并且无法动态改变。
• 插入和删除元素的效率较低：由于数组的大小固定，插入和删除元素时需要移动其他元素。
• 数组适用于需要快速访问元素，并且元素数量固定的场景，例如存储一组学生的成绩。
• 算法复杂度：查询快 O(1)，新增和删除快 O(n)

二、栈

栈是一种 后进先出（LIFO）的数据结构，它的特点包括：

• 栈是逻辑结构，是一个理论模型，不管如何实现，不受任何语言的限制 。
• 只能在栈顶进行插入和删除操作。
• 插入和删除元素的效率较高。
• 栈的大小可以动态改变。
• 栈适用于需要按照特定顺序处理数据的场景，例如函数调用栈、表达式求值等。

三、链表

链表是一种 动态 数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表的特点包括：

• 链表是一种物理结构(非逻辑结构)，类似于数组 。
• 数组需要一段连续的内存区间，而链表是零散的
• 链表节点的数据结构 { value, next?, prev? }
• 随机访问效率较低，需要从头节点开始遍历。
• 插入和删除元素的效率较高，只需要修改节点的指针。
• 链表的大小可以动态改变。
• 链表适用于需要频繁插入和删除元素的场景，例如实现队列、树等数据结构。
• 算法复杂度：查询慢 O(n)，新增和删除快 O(1)

四、队列

队列是一种 先进先出（FIFO）的数据结构，它的特点包括：

• 队列是逻辑结构，是一个理论模型 。
• 只能在队尾插入元素，在队头删除元素。
• 插入和删除元素的效率较高。
• 队列的大小可以动态改变。
• 队列适用于需要按照特定顺序处理数据的场景，例如任务调度、消息传递等。

五、对比

下表列出了数组、栈、链表和队列的特点和适用场景的对比：

六、总结

根据不同的需求，我们可以选择合适的数据结构来提高程序的效率和性能。 总结起来有以下几点：

• 数组适用于需要快速访问元素的场景
• 栈适用于特定顺序处理数据的场景
• 链表适用于频繁插入和删除元素的场景
• 队列适用于特定顺序处理数据的场景

《数据结构与算法》系列

1. 什么是算法复杂度
2. 堆(heap)、栈(stack)、队列(queue)
3. 把一个数组旋转k步
4. 判断字符串是否括号匹配
5. 数组、栈、链表、队列结构与对比
6. 用两个栈实现一个队列
7. 反转单向链表
8. 用链表实现队列
9. 二分查找
10. 查找两数之和

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