数组,编程语言的基石

在计算机的世界中,数据可以有各种各样的组织形式,比如,模拟现实中排队取钱的队列,代表复杂的社交网络的图结构等,不同的数据结构各自适应不同的情况。学习数据结构,我们能够为我们要解决的问题,选择合适的数据结构进行数据存储,从而使得程序更加高效。


数组

数组,是数据结构中最简单,也最常用的一个数据结构。所谓数组,是有序的元素序列。若将有限个类型相同的变量>,那么这个名称为数组名。组成数组的各个变量称为数组的分量,也称为数组的元素,有时也称为下标变量。用于区分数组的各个元素的数字编号称为下标。数组是在程序设计中,为了处理方便, 把具有相同类型的若干元素按无序的形式组织起来的一种形式。这些无序排列的同类数据元素的集合称为数组

查找元素

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数组是一个顺序存储的数据结构,如图所示是一个长度为10的数组,它的特点是存取速度快。通过指定下标,我们可以很快的取值。比如a[0],a[5]等操作,都可以在O(1)时间内完成。然而,如果我们并不提前知道元素所在的位置的呢?假如我们要查找的元素为100,伪代码表示如下

for(int i=0;i<n;i++){
    if(a[i]==100){
        return i;//返回元素所在下标   
    }
}
return -1;//如果遍历完都没有找到,则返回-1.

最好情况下,100在a[0]的位置,一下子就能找到,最坏情况下,100在数组的最后面,甚至是不存在,则需要遍历整个数组。****所以在数组中查找元素的时间复杂度为O(n)。

插入元素

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如果我们要在数组中插入一个新的元素,根据插入位置的不同,效率也有所不同。以上图为例,如果要插入的位置在a[5],那么直接a[5]=x就好。如果要插入的位置在a[0]呢?就需要将所有的元素往后移动一格,再把a[0]赋值为x。把所有元素往后移动一格的时间复杂度为O(n),所以在数组中插入新元素时,时间复杂度为O(n)。其伪代码如下:

for(i=n;i>=insert_index;i--){//从后往前遍历到插入位置之后,把前面的数赋值给后面的数
    a[i]=a[i-1];
}
a[i]=x;//跳出循环后,i刚好位于插入位置,直接赋值新插入的元素。
a.length = a.length+1;

删除元素

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除了新增,删除也是同理。如果要删除a[4]位置的99,直接把a.length减少1就好。在计算机中,通常删除一个东西,并不是真的要去删除它,而是不再去管理它,再也访问不到它,就当做删除了。而如果是删除a[1]处的90,除了将a.length减1之外,还需要将a[2]到a[4]的数据往前移一格,变为a[1]到a[3],把插入位置后的所有元素前移一格的时间复杂度为O(n)。所以数组删除元素时,时间复杂度为O(n)

for(i=delete_index-1;i<n-1;i++){//从删除位置开始,用后面一个位置的值覆盖前面的值。
    a[i]=a[i+1];
}
a.length = a.length - 1;

总结

时间复杂度:访问元素O(1),查找元素O(n),插入元素O(n),删除元素O(n)
优点****:连续存储,具有在O(1)时间内随机存取的特性。
缺点:没有用到的空间被浪费了。


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