что такое связный список

Связные списки, трюки с указателями и хороший вкус

В интервью на TED 2016 (14:10) Линус Торвальдс рассказывает о хорошем стиле программирования. В качестве примера приводит два варианта удаления элементов из односвязных списков (см. ниже). В первом варианте есть специальный случай, а в другом — нет. Линус предпочитает второй.

[. ] Не надо размышлять, почему здесь нет оператора if. Важно посмотреть на задачу с другой стороны и переписать её так, чтобы особый случай исчез и стал обычным случаем, и это хороший код. — Л. Торвальдс

В качестве примера Линус показывает достаточно простой псевдокод в стиле Си. Но не даёт концептуального объяснения. Поэтому не сразу понятно, как работает косвенный указатель.

Подробно разберём это решение и его преимущества. В качестве бонуса показано не только удаление, но и вставка элемента через косвенную адресацию.

Базовая структура данных для односвязного списка целых чисел показана на рис. 1.

Рис. 1. Односвязный список из целых чисел

Реализация структуры данных на Си:

Также (минимальный) API:

Базовая версия

Рис. 2. Концептуальная модель структуры данных списка в базовом алгоритме

Более элегантное решение

В более элегантной версии меньше кода, и она не требует отдельной ветви для удаления первого элемента в списке.

Как это работает?

Косвенный указатель p даёт два концептуальных преимущества:

Интеграция указателя head

Элегантная реализация использует схему косвенной адресации, которая даёт другое представление о структуре данных:

Рис. 3. Концептуальная модель структуры данных списка в более элегантном решении

Здесь p представляет тип IntListItem** и содержит адрес указателя на текущий элемент списка. Когда указатель продвигается вперёд, его адрес меняется на следующий элемент.

В коде это выглядит как p = &(*p)->next :

Последний штрих

Дополнительным преимуществом этой конкретной интерпретации является то, что она на протяжении всего обхода допускает редактирование указателя next для предшественника текущего элемента.

Если p содержит адрес указателя на элемент списка, сравнение в цикле поиска становится таким:

Новое применение

Вставка перед существующим элементом

Во-первых, добавим следующую декларацию в list.h :

Функция возьмёт указатель на список l, указатель перед элементом в этом списке и указатель на новый элемент списка, который функция вставит перед ним.

Быстрый рефакторинг

Прежде чем двигаться дальше, оформим цикл поиска в отдельную функцию:

и используем её в remove_elegant() :

Реализация insert_before()

Особенно радует цельная семантика для крайних случаев: если before указывает на заголовок списка, новый элемент будет вставлен в начало, если before является нулевым или недействительным (то есть не существует в l ), новый элемент будет добавлен в конце.

Заключение

Предпосылкой более элегантного решения для удаления элементов является одно простое изменение: косвенный указатель IntListItem** для итерации указателей на элементы списка. Всё остальное вытекает оттуда: отпадает необходимость в специальных случаях или ветвлениях. Достаточно одного итератора, чтобы найти и удалить целевой элемент. И оказывается, что тот же подход обеспечивает элегантное решение для вставки вообще и для вставки перед существующим элементом в частности.

Итак, возвращаясь к первоначальному замечанию Линуса: это показатель хорошего вкуса? Трудно сказать. Но явно налицо творческое и очень элегантное решение хорошо известной задачи.

Источник

Связный список

В информатике, свя́зный спи́сок — базовая динамическая структура данных, состоящая из узлов, каждый из которых содержит как собственно данные, так и одну или две ссылки («связки») на следующий и/или предыдущий узел списка. [1] Принципиальным преимуществом перед массивом является структурная гибкость: порядок элементов связного списка может не совпадать с порядком расположения элементов данных в памяти компьютера, а порядок обхода списка всегда явно задаётся его внутренними связями.

Содержание

Виды связных списков

Линейный связный список

Односвязный список (Однонаправленный связный список)

Здесь ссылка в каждом узле указывает на следующий узел в списке. В односвязном списке можно передвигаться только в сторону конца списка. Узнать адрес предыдущего элемента, опираясь на содержимое текущего узла, невозможно.

Двусвязный список (Двунаправленный связный список)

Здесь ссылки в каждом узле указывают на предыдущий и на последующий узел в списке. По двусвязному списку можно передвигаться в любом направлении — как к началу, так и к концу. В этом списке проще производить удаление и перестановку элементов, так как всегда известны адреса тех элементов списка, указатели которых направлены на изменяемый элемент.

XOR-связный список

Кольцевой связный список

Разновидностью связных списков является кольцевой (циклический, замкнутый) список. Он тоже может быть односвязным или двусвязным. Последний элемент кольцевого списка содержит указатель на первый, а первый (в случае двусвязного списка) — на последний.

Реализация такой структуры происходит на базе линейного списка. В каждом кольцевом списке есть указатель на первый элемент. В этом списке константы NULL не существует.

Также существуют циклические списки с выделенным головным элементом, облегчающие полный проход через список.

Список с пропусками

Развёрнутый связный список

Пример реализации на Java

Достоинства

Недостатки

Примечания

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Связный список» в других словарях:

связный список — — [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN linked list … Справочник технического переводчика

Развёрнутый связный список — список, каждый физический элемент которого содержит несколько логических (обычно в виде массива, что … Википедия

XOR-связный список — структура данных, похожая на обычный двусвязный список, однако в каждом элементе хранящая только один адрес результат выполнения операции XOR над адресами предыдущего и следующего элементов списка. Для того, чтобы перемещаться по списку,… … Википедия

Список с пропусками — (англ. Skip List) вероятностная структура данных, основанная на нескольких параллельных отсортированных связных списках с эффективностью, сравнимой с двоичным деревом (порядка O(log n) среднее время для большинства операций). В основе… … Википедия

Список (информатика) — У этого термина существуют и другие значения, см. Список. В информатике, список (англ. list) это абстрактный тип данных, представляющий собой упорядоченный набор значений, в котором некоторое значение может встречаться более одного… … Википедия

Список заголовков HTTP — HTTP Постоянное соединение · Сжатие · HTTPS Методы OPTIONS · GET · HEAD · POST · PUT · DELETE · TRACE · CONNECT · PATCH Заголовки Cookie · ETag · Location · Referer DNT · X Forwarded For … Википедия

Двусвязный список — В информатике, cвязный список структура данных, состоящая из узлов, каждый из которых содержит как собственные данные, так и одну или две ссылки («связки») на следующее и/или предыдущее поле. Принципиальным преимуществом перед массивом является… … Википедия

Односвязный список — В информатике, cвязный список структура данных, состоящая из узлов, каждый из которых содержит как собственные данные, так и одну или две ссылки («связки») на следующее и/или предыдущее поле. Принципиальным преимуществом перед массивом является… … Википедия

Связанный список — В информатике, cвязный список структура данных, состоящая из узлов, каждый из которых содержит как собственные данные, так и одну или две ссылки («связки») на следующее и/или предыдущее поле. Принципиальным преимуществом перед массивом является… … Википедия

Источник

Связные списки

Связный список является простейшим типом данных динамической структуры, состоящей из элементов ( узлов, nodes ). Каждый узел включает в себя в классическом варианте два поля:

Элементы связанного списка можно помещать и исключать произвольным образом.

Классификация списков

По количеству полей указателей различают однонаправленный (односвязный) и двунаправленный (двусвязный) списки.

По способу связи элементов различают линейные и циклические списки.

Виды списков

Таким образом, различают 4 основных вида списков.

Сравнение массивов и связных списков

Односвязный линейный список

Каждый узел однонаправленного (односвязного) линейного списка (ОЛС) содержит одно поле указателя на следующий узел. Поле указателя последнего узла содержит нулевое значение (указывает на NULL).

Узел ОЛС можно представить в виде структуры

1. Инициализация односвязного линейного списка

Инициализация списка предназначена для создания корневого узла списка, у которого поле указателя на следующий элемент содержит нулевое значение.

2. Добавление узла в односвязный линейный список

Функция добавления узла в список принимает два аргумента:

Процедуру добавления узла можно отобразить следующей схемой:

Добавление узла в ОЛС включает в себя следующие этапы:

Таким образом, функция добавления узла в ОЛС имеет вид:

3. Вывод элементов списка

В качестве аргумента в функцию вывода элементов передается указатель на корень списка.
Функция осуществляет последовательный обход всех узлов с выводом их значений.

4. Поиск элемента списка

В качестве аргумента в функцию поиска элемента передается указатель на корень списка и значение, которое необходимо найти. В качестве возвращаемого значения получаем указатель на элемент списка с искомым значением.
Функция осуществляет последовательный обход всех узлов, сравнивая их значение с искомым, и останавливается на первом найденом элементе, возвращая указатель на него.

5. Удаление узла ОЛС

В качестве аргументов функции удаления элемента ОЛС передаются указатель на удаляемый узел, а также указатель на корень списка.
Функция возвращает указатель на узел, следующий за удаляемым.

Удаление узла может быть представлено следующей схемой:

Удаление узла ОЛС включает в себя следующие этапы:

Удаление корня списка

Взаимообмен узлов ОЛС

В качестве аргументов функция взаимообмена ОЛС принимает два указателя на обмениваемые узлы, а также указатель на корень списка. Функция возвращает адрес корневого элемента списка.

Взаимообмен узлов списка осуществляется путем переустановки указателей. Для этого необходимо определить предшествующий и последующий узлы для каждого заменяемого. При этом возможны две ситуации:

При замене соседних узлов переустановка указателей выглядит следующим образом:

При замене узлов, не являющихся соседними переустановка указателей выглядит следующим образом:

При переустановке указателей необходима также проверка, является ли какой-либо из заменяемых узлов корнем списка, поскольку в этом случае не существует узла, предшествующего корневому.

Функция взаимообмена узлов списка выглядит следующим образом:

Источник

Связный список.

Структура данных, представляющая собой конечное множество упорядоченных элементов (узлов), связанных друг с другом посредством указателей, называется связным списком. Каждый элемент связного списка содержит поле с данными, а также указатель (ссылку) на следующий и/или предыдущий элемент. Эта структура позволяет эффективно выполнять операции добавления и удаления элементов для любой позиции в последовательности.

Причем это не потребует реорганизации структуры, которая бы потребовалась в массиве. Минусом связного списка, как и других структур типа «список», в сравнении его с массивом, является отсутствие возможности работать с данными в режиме произвольного доступа, т. е. список – структура последовательно доступа, в то время как массив – произвольного. Последний недостаток снижает эффективность ряда операций.

По типу связности выделяют односвязные, двусвязные, XOR-связные, кольцевые и некоторые другие списки.

Каждый узел односвязного (однонаправленного связного) списка содержит указатель на следующий узел. Из одной точки можно попасть лишь в следующую точку, двигаясь тем самым в конец. Так получается своеобразный поток, текущий в одном направлении.

На изображении каждый из блоков представляет элемент (узел) списка. Здесь и далее Head list – заголовочный элемент списка (для него предполагается поле next). Он не содержит данные, а только ссылку на следующий элемент. На наличие данных указывает поле info, а ссылки – поле next (далее за ссылки будет отвечать и поле prev). Признаком отсутствия указателя является поле nil.

Односвязный список не самый удобный тип связного списка, т. к. из одной точки можно попасть лишь в следующую точку, двигаясь тем самым в конец. Когда кроме указателя на следующий элемент есть указатель на предыдущий, то такой список называется двусвязным.

Та особенность двусвязного списка, что каждый элемент имеет две ссылки: на следующий и на предыдущий элемент, позволяет двигаться как в его конец, так и в начало. Операции добавления и удаления здесь наиболее эффективны, чем в односвязном списке, поскольку всегда известны адреса тех элементов списка, указатели которых направлены на изменяемый элемент. Но добавление и удаление элемента в двусвязном списке, требует изменения большого количества ссылок, чем этого потребовал бы односвязный список.

Возможность двигаться как вперед, так и назад полезна для выполнения некоторых операций, но дополнительные указатели требуют задействования большего количества памяти, чем таковой необходимо в односвязном списке.

Когда количество памяти, по каким-либо причинам, ограничено, тогда альтернативой двусвязному списку может послужить XOR-связный список. Последний использует логическую операцию XOR (исключающее «ИЛИ», строгая дизъюнкция), которая для двух переменных возвращает истину лишь при условии, что истинно только одно из них, а второе, соответственно, ложно. Таблица истинности операции:

Источник

Связный список на Python: что это такое и как его реализовать

Давайте поговорим немного о связных списках. Вероятно, вы о них слышали. Скажем, на лекциях по структурам данных. И возможно, вы думали, что это как-то сильно заумно. Почему бы не использовать массив? На самом деле связные списки имеют некоторые преимущества перед массивами и простыми списками. Поначалу эта тема может показаться сложной, но не волнуйтесь: мы все разберем.

Если вы представите себе фотографию людей, взявшихся за руки в хороводе, вы получите примерное представление о такой структуре, как связный список. Это некоторое количество отдельных узлов, связанных между собой ссылками, т. е. ссылками на другие узлы. Связные списки бывают двух видов: однонаправленные и двунаправленные (односвязные и двусвязные).

Источник: Medium.com

В односвязных списках каждый узел имеет одну стрелку, указывающую вперед, а в двусвязных узлы имеют еще и стрелки, указывающие назад. Но на собеседованиях в вопросах, касающихся связных списков, чаще всего имеются в виду односвязные. Почему? Их проще реализовать. Да, у вас не будет возможности перемещаться по списку в обратном направлении, но для отслеживания узлов хватит и однонаправленных связей.

Цепочку создают отдельные скрепки плюс тот факт, что они сцеплены между собой. Поэтому вместо создания класса Linked_list мы просто создадим класс Node и позволим отдельным узлам связываться друг с другом.

Вот и все! Вот как выглядит наш класс полностью:

Проверяем наш связный список

Давайте все это проверим. Начнем с создания нового объекта Node. Назовем его ll (две латинские буквы «l» в нижнем регистре как сокращение Linked List). Назначим ему значение 1.

Как нам увидеть, как выглядит наш список? Теоретически, выглядеть он должен следующим образом:

Но нет способа вывести его именно в таком виде. Нам нужно пройти список, выводя каждое значение. Вы же помните, как проходить список? Мы только что это делали. Повторим:

И просто выводим data в каждом узле. Мы начинаем с шага № 1: создаем новую переменную и назначаем ее головным элементом списка.

Далее мы выводим первый узел. Почему мы не начали с цикла while? Цикл while проитерируется только дважды, потому что только у двух узлов есть next (у последнего узла его нет). В информатике это называется ошибкой на единицу (когда нужно сделать что-то Х раз плюс 1). Это можно представить в виде забора. Вы ставите столб, затем секцию забора, и чередуете пару столб + секция столько раз, сколько нужно по длине.

Для начала мы выведем первый узел, а затем запустим цикл while для вывода всех последующих узлов.

Запустив это для нашего предыдущего списка, мы получим в консоли:

Ура! Наш связный список работает.

Зачем уметь создавать связный список на Python?

Зачем вообще может понадобиться создавать собственный связный список на Python? Это хороший вопрос. Использование связных списков имеет некоторые преимущества по сравнению с использованием просто списков Python.

Традиционно вопрос звучит как «чем использование связного списка лучше использования массива». Основная идея в том, что массивы в Java и других ООП-языках имеют фиксированный размер, поэтому для добавления элемента приходится создавать новый массив с размером N + 1 и помещать в него все значения из предыдущего массива. Пространственная и временная сложность этой операции — O(N). А вот добавление элемента в конец связного списка имеет постоянную временную сложность (O(1)).

Списки в Python это не настоящие массивы, а скорее реализация динамического массива, что имеет свои преимущества и недостатки. В Википедии есть таблица со сравнением производительности связных списков, массивов и динамических массивов.

Если вопрос производительности вас не тревожит, тогда да, проще реализовать обычный список Python. Но научиться реализовывать собственный связный список все равно полезно. Это как изучение математики: у нас есть калькуляторы, но основные концепции мы все-таки изучаем.

В сообществе разработчиков постоянно ведутся горячие споры о том, насколько целесообразно давать на технических интервью задания, связанные с алгоритмами и структурами данных. Возможно, в этом и нет никакого смысла, но на собеседовании вас вполне могут попросить реализовать связный список на Python. И теперь вы знаете, как это сделать.

Источник