用数组实现双链表

一、基本原理

与单链表类似,不同之处在于,单链表只有从头指向尾的一条链,而双链表除了有从头指向尾的一条链外还有从尾指向头的一条链,所以叫做双链表。

双链表也支持插入和删除操作,可以用三个数组来实现,分别是e数组和l数组和r数组,idx表示节点

e数组用来存放节点idx的值;

l数组用来存放节点idx的上一个节点,也叫做前指针;

r数组用来存放节点idx的下一个节点,也叫做后指针;

通过这三个数组就可以实现双链表,下面来详细解释一下:

image.png

二、基本操作

1.初始化操作

image.png

我们用0和1来分别来表示头节点尾节点,0表示头节点的节点下标,1表示尾节点的节点下标

因为要实现双链表,所以初始状态下,头节点的下一个节点是尾节点,尾节点的上一个节点是头节点,因为已经有了两个节点,所以idx从2开始,故:

void init()
{
    r[0] = 1;
    l[1] = 0;
    idx = 2;
}

2.插入操作

初始状态:

image.png

这里的插入操作是指在插入在第k个数的右侧插入一个数x

第一步:对新节点赋值

image.png
e[idx] = x

第二步:让新节点的l前指针指向第k个节点,让新节点的r后指针指向之前第k个节点的下一个节点(也就是第k个节点的r后指针)

image.png
l[idx] = k;
r[idx] = r[k];

第三步:让之前第k个节点的下一个节点的l前指针指向新节点(idx)

image.png
l[r[k]] = idx;

第四步:让第k个节点的r指针指向新节点(idx)

image.png
r[k] = idx;

第五步:idx自加,方便下一次的插入操作

下面是插入操作的完整代码

void insert(int k, int x)
{
    e[idx] = x;
    l[idx] = k;
    r[idx] = r[k];
    l[r[k]] = idx;
    r[k] = idx;
    idx++;
}

备注:第三步和第四步的顺序不能反了,原因如下:

l[r[k]] = idx;
r[k] = idx;

我们通过上面的代码可以看到,我们第三步用到了r[k],而第四步修改了r[k],我们实际上需要的是未修改前的r[k]

假设我们先执行了第四步(修改了r[k]),我们第三步修改的是第k个节点的下一个节点的l前指针,但是我们现在已经无法找到第k个节点的下一个指针了,因为我们先修改了r[k],第k个节点到之前第k个节点的链子已经断了,因此第三步和第四步的顺序不能反了。

3.删除操作

初始状态:

image.png

我们所说的删除操作指的是把第k个节点删除

我们的思路是:让第k个节点的前一个节点的r后指针指向第k个节点的下一个节点,让第k个节点的后一个节点的l前指针指向第k个节点的上一个节点,代码如下:

void del(int k)
{
    l[r[k]] = l[k];
    r[l[k]] = r[k];
}
image.png

三、案例

实现一个双链表,双链表初始为空,支持 55 种操作:

  1. 在最左侧插入一个数;

  2. 在最右侧插入一个数;

  3. 将第 k 个插入的数删除;

  4. 在第 k 个插入的数左侧插入一个数;

  5. 在第 k 个插入的数右侧插入一个数

现在要对该链表进行 M 次操作,进行完所有操作后,从左到右输出整个链表。

注意:题目中第 k 个插入的数并不是指当前链表的第 k 个数。例如操作过程中一共插入了 n 个数,则按照插入的时间顺序,这 n 个数依次为:第 1 个插入的数,第 2 个插入的数,…第 n 个插入的数。

输入格式

第一行包含整数 M,表示操作次数。

接下来 M 行,每行包含一个操作命令,操作命令可能为以下几种:

  1. L x,表示在链表的最左端插入数 x。

  2. R x,表示在链表的最右端插入数 x。

  3. D k,表示将第 k 个插入的数删除。

  4. IL k x,表示在第 k 个插入的数左侧插入一个数。

  5. IR k x,表示在第 k 个插入的数右侧插入一个数。

输出格式

共一行,将整个链表从左到右输出。

数据范围

1≤M≤100000 所有操作保证合法。

输入样例:

10
R 7
D 1
L 3
IL 2 10
D 3
IL 2 7
L 8
R 9
IL 4 7
IR 2 2

输出样例:

8 7 7 3 2 9

代码如下:

#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;

const int N = 100010;


int l[N],r[N],e[N],idx;


void init(){
    r[0] = 1;
    l[1] = 0;
    idx = 2;
}

void add(int k ,int x){
    e[idx] = x;
    r[idx] = r[k];
    l[idx] = k;
    l[r[k]] = idx;
    r[k] = idx;
    idx++;
}


void del(int k){
    r[l[k]] = r[k];
    l[r[k]] = l[k];
}

int main(){
    init();
    int m;
    cin>>m;

    while(m--){
        string op;
        cin>>op;
        int k,x;
        if(op == "L"){
            cin>>x;
            add(0,x);
        }
        else if(op == "R"){
            cin>>x;
            add(l[1],x);
        }
        else if(op == "D"){
            cin >> k;
            del(k+1);
        }
        else if(op == "IL"){
            cin>>k>>x;
            add(l[k+1],x);
        }
        else{
            cin>>k>>x;
            add(k+1,x);
        }
    }
    for(int i=r[0];i!=1;i=r[i]){
        cout << e[i] << ' ';
    }
    cout << endl;
    return 0;
}
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