线性表(顺序存储)

1.特征

数据元素之间仅具有单一的前驱和后继关系。

2.逻辑结构

2.1逻辑结构图

顺序表的逻辑结构图

2.2抽象数据类型定义

线性表需要可以完成存取访问,插入删除等基本操作。其抽象数据类型定义为:

ADT List
	DataModel
		线性表中元素具有相同类型,相邻元素具有前驱和后继关系
	Operation
		InitList
			输入:无
			功能:线性表的初始化
			输出:空的线性表
		CreatList
			输入:n个数据元素
   			功能:建立一个线性表
   			输出:具有n个元素的线性表
		DestroyList
   			输入:无
      			功能:销毁数据表      			
      			输出:释放线性表的存储空间
      		PrintList
      			输入:无
      			功能:遍历操作,按序号一次输出线性表中的元素
      			输出:线性表的各个数据元素
      		Length
      			输入:无
      			功能:求线性表的长度
      			输出:线性表中数据元素的个数
      		Locate
      			输入:数据元素x
      			功能:按值查找,在线性表中查找值等于x的元素
      			输出:如果查找成功,返回元素x在线性表中的序号,否则返回0
      		Get
      			输入:元素的符号i
      			功能:按位查找,在线性表中查找序号为i的数据元素
      			输出:如果查找成功,返回序号为i的元素值,否则返回查找失败信息
      		Insert
      			输入:插入位置i和待查元素x
      			功能:插入操作,在线性表的第i个位置插入一个新元素x
      			输出:如果插入成功,返回
		Delete
			输入:删除位置i
			功能:删除操作,删除线性表中的第i个元素
			输出:如果删除成功,返回被删元素,否则返回删除失败信息
		Empty
			输入:无
			功能:判空操作,判断线性表是否为空表
			输出:如果是空表,返回1,否则返回0
endADT		

操作由三部分组成:1.输入 2.功能 3.输出

2.3顺序存储结构及实现

2.3.1存储结构定义

使用一维数组实现顺序表,可以通过数组的下标得到顺序表元素的位置。而使用数组,我们就需要给数组在内存中分配固定长度的空间。用MaxSize表示数组的长度,用length表示线性表的长度。同时,顺序表是在我们定义的数组的范围中之中的,所以数组的长度一定大于顺序表的长度,即MaxSize一定大于length。
如同现在有一栋楼,我们现在把其中的一层买了下来,这样这层楼的“屋子”只有我们能用了(定义数组)。假设这层楼有十个“屋子”分别是1-10号,这是我们的MaxSize就是“屋子的个数”,即为10。
现在,我们可以使用这十个“屋子”了,我们可以把我们使用的“屋子”叫做“家”(顺序表的元素),把家的个数叫做length,无论我怎么使用,“家”的号码绝不可能超出“屋子”号码的范围,即MaxSize一定大于length。

数组的长度和线性表的长度具有不同含义:
数组的长度和线性表的长度具有不同含义

下面给出顺序表的存储结构定义:

#define Maxsize 100	//假设顺序表最多存放100个元素
typedef int DataType;	//定义线性表的数据类型,假设为int型
typedef struct
{
 DataType data[Maxsize];	//存放数据元素的数组
 int length;	//线性表的长度
} SeqList;

2.3.2实现

上文已经提到“操作由三部分组成:1.输入 2.功能 3.输出”,
当我们制作操作接口时,我们也需要考虑三部分:
1.输入是否合法
2.功能如何实现
3.根据输入的合法性和功能的结果,确定输出

(1)初始化顺序表

所谓初始化,就是把一个东西恢复到最初的状态,对于线性表来说,就是把所有的元素都删除,只留下一个有表结构的空表。我们把顺序表的长度length初始化为0,顺序表里面的原有元素就无法使用了(事实上在数组里还存在),这样,就能造成,顺序表中的所有元素都被删除的效果,也就是完成了初始化。

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即,初始化顺序表只需将顺序表的长度length初始化为0,C语言实现如下

void InitList(SeqList *L)
{
 L->length=0;
}

(2)建立顺序表

建立顺序表,我们只需要把数组中的元素赋给顺序表即可(不要忘了设置顺序表长度)。
即,建立顺序表需要四步:
1.判断输入合法性,不合法则返回0;
2.把数组中的元素赋给顺序表;
3.设置顺序表长度;
4.建立成功,返回1;

建立顺序表的操作顺序图:

建立顺序表的操作顺序图

int CreatList(SeqList *L,DataType a[],int n)
{
 if(n>Maxsize)		//1.判断输入合法性,不合法则返回0
 {
  printf("顺序表空间不够,无法建立顺序表\n");
  return 0;
 }
 for(int i = 0;i<n;i++)		//2.把数组中的元素赋给顺序表
  L->data[i]=a[i];
 L->length=n;		//3.设置顺序表长度
 return 1;	//4.建立成功,返回1
}

(3)销毁顺序表

顺序表是静态存储分配,在顺序表变量退出作用域时自动释放该变量所占内存单元,因此,顺序表无须销毁。

(4)判空操作

顺序表的判空操作只需判断长度length是否为0,如果为0,就说明顺序表为空,C语言实现如下:

int Empty(SeqList *L)
{
 if(L->length==0)
  return 1;	//顺序表为空返回1
 else return 0;
}

(5)求顺序表的长度

在顺序表的存储结构定义中用结构体成员length保存了像线性表的长度,因此,求线性表的长度只需返回成员length的值,C语言实现如下:

int Length(SeqList *L)
{
 return L->length;
}

(6)遍历操作

在顺序表中,遍历操作既是按下标依次输出各元素,C语言实现如下:

void PrintList(SeqList *L)
{
 for(int i=0;i<L->length;i++)
  printf("%d ",L->data[i]);	//输出线性表的元素值,假设为int型
}

(7)按值查找

在顺序表中实现按值查找操作,需要对顺序表中的元素依次进行比较,如果查找成功,返回元素的序号(不是下标,元素的序号与数组的下标差1),否则返回查找失败的标志0。

int Locate(SeqList *L,DataType x)
{
 for(int i=0;i<L->length;i++)
  if(L->data[i]==x)
   return i+1;		//返回序号
 return 0;	//退出循环,说明查找失败
}

(8)按位查找

顺序表中第i个元素存储在数组中下标为i-1的位置。函数Get的返回值表示返回是否成功(0代表不成功,1代表成功)。若查找成功,通过指针参数返回查找到的元素值,C语言实现如下:

int Get(SeqList *L,int i,DataType *ptr)
{
 if(i<i||i>L->length)
 {
  printf("查找位置非法,查找失败\n");
  return 0;
 }
 else
 {
  *ptr=L->data[i-1];
  return 1;
 }
}

(9)插入操作

插入前:
插入前
插入后:
插入后
在表的第i(1<=i<=n+1)个位置插入一个新元素x,使长度为n的线性表变成长度为n+1的线性表。
必须从最后一个元素开始移动。
方法的实现有五步
1.如果表满了,则输出上溢错误信息,插入失败;
2.如果元素的插入位置不合理,则输出位置错误信息,插入失败;
3.将最后一个元素直至第i个元素分别向后移动一个位置;
4.将元素x填入位置i处;
5.表长加1;

int Insert(SeqList *L,int i,DataType x)
{
 if(L->length>=Maxsize)	//1.如果表满了,则输出上溢错误信息,插入失败;
 {
  printf("上溢错误,插入失败\n");
  return 0;
 }
 if(i<1||i>L->length)	//2.如果元素的插入位置不合理,则输出位置错误信息,插入失败;
 {
  printf("位置错误,插入失败");
  return 0;
 }
 //j表示元素序号
 for(int j=L->length;j>=i;j--)	//3.将最后一个元素直至第i个元素分别向后移动一个位置;
  L->data[j]=L->data[j-1];
 L->data[i-1]=x;	//4.将元素x填入位置i处;
 L->length++;	//5.表长加1;
 return 1;
}

(10)删除操作

删除前:
删除前
删除后:
删除后
将表的第i(1<=i<=n)个元素删除,使长度为n的线性表变成长度为n-1的线性表。
必须从i+1个元素开始移动,并且要取出被删元素(因为在删除时有可能发生误删,如回收站的作用)。
方法的实现有五步
1.如果表空,则输出下溢错误信息,删除失败;
2.如果元素的删除位置不合理,则输出位置错误信息,删除失败;
3.取出位置i的元素;
4.将i+1个元素直至最后一个元素分别向前移动一个位置;
5.表长减1;

int Delete(SeqList *L,int i,DataType *ptr)
{
 if(L->length==0)	//1.如果表空,则输出下溢错误信息,删除失败;
 {
  printf("下溢错误,删除失败\n");
   return 0;
 }
 if(i<1||i>L->length)	//2.如果元素的删除位置不合理,则输出位置错误信息,删除失败;
 {
  printf("位置错误,删除失败\n");
  return 0;
 }
 *ptr = L->data[i-1];	//3.取出位置i的元素;
  //j表示元素序号
 for(int j=i;j<L->length;j++)	//4.将i+1个元素直至最后一个元素分别向前移动一个位置;
  L->data[j-1]=L->data[j];
 L->length--;	//5.表长减1;
 return 1;
}
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