Что такое массив?
Массив — это структура данных, позволяющая хранить коллекцию элементов одного типа данных фиксированного размера. Массив может иметь любой примитивный тип данных или любой объектный тип данных.
Массив можно использовать для хранения элементов в коллекции того же типа данных, если вы точно знаете, сколько элементов вам понадобится. Массив, например, можно использовать для хранения всех оценок класса учащихся, если вы пишете программу для этой цели.
Вот пример объявления и инициализации массива целых чисел в Java.
int[] grades = {85, 90, 76, 92, 88, 60, 70};
В этом примере grades — это массив целых чисел, и он инициализируется значениями {85, 90, 76, 92, 88, 60, 70}. Вы можете получить доступ к отдельным элементам массива, используя индекс, который начинается с 0. Например, чтобы получить доступ к первому элементу массива (который равен 85), вы должны использовать grades[0].
Доступ к элементу в массиве занимает постоянное время, или O(1), потому что положение элемента в памяти можно вычислить, используя его индекс. Например, доступ к третьему элементу в приведенном выше массиве займет столько же времени, сколько и доступ к первому элементу.
Что такое связанный список?
Связный список — это популярная структура данных, используемая в программировании для хранения набора элементов. В связанном списке каждый элемент хранится в отдельном объекте, называемом «узлом», и каждый узел содержит ссылку на следующий узел в списке. Связанные списки реализуются с использованием объектов, содержащих значение и ссылку на следующий узел в списке. Это позволяет динамически увеличивать или уменьшать список по мере добавления или удаления элементов. Первый узел в списке называется головным, а последний — хвостовым. Связный список может быть односвязным, в котором каждый узел содержит только ссылку на следующий узел, или двусвязным, в котором каждый узел содержит ссылки как на следующий, так и на предыдущий узлы.
Пример того, как создать и инициализировать связанный список, можно увидеть ниже;
class Node {
int data;
Node next;
public Node(int data) {
this.data = data;
this.next = null;
}
}
public class LinkedList {
Node head;
public LinkedList() {
this.head = null;
}
public void add(int data) {
Node newNode = new Node(data);
if (this.head == null) {
this.head = newNode;
} else {
Node current = this.head;
while (current.next != null) {
current = current.next;
}
current.next = newNode;
}
}
public static void main(String[] args) {
LinkedList list = new LinkedList();
list.add(10);
list.add(20);
list.add(30);
list.add(40);
На рисунке ниже у нас есть связанный список, содержащий 4 узла, каждый узел имеет некоторые данные (10, 20, 30 и 40) и указатель, в котором хранится местоположение следующего узла.
В отличие от массива, где все элементы хранятся в смежных ячейках памяти, связанный список состоит из узлов, связанных между собой ссылками на другие узлы. Это означает, что мы можем легко вставлять или удалять элементы из связанного списка, не перемещая большие блоки памяти, как это было бы с массивом.
Сохраняя ссылку на следующий узел в каждом узле, мы можем быстро перемещаться по списку и получать доступ к каждому элементу, независимо от размера списка или расположения каждого узла в памяти. Это делает связанные списки эффективной и масштабируемой структурой данных для многих различных типов приложений.
Сравнение массивов и связанных списков
Массивы и связанные списки имеют свои сильные и слабые стороны, и выбор между ними зависит от конкретного варианта использования. Вот некоторые ключевые различия между двумя структурами данных:
- Размер:
Массивы требуют непрерывного блока памяти для хранения своих элементов, причем каждый элемент занимает фиксированный объем памяти. С другой стороны, связанные списки используют динамическое выделение памяти для хранения своих элементов. Каждый элемент хранится в отдельном узле, который содержит значение элемента и указатель на следующий узел. В результате размер связанного списка зависит от количества содержащихся в нем узлов, которые могут динамически увеличиваться или уменьшаться.
Массивы имеют фиксированный максимальный размер, определяемый объемом памяти, доступной в системе. Если массив превышает этот размер, это может вызвать ошибку времени выполнения или привести к проблемам с выделением памяти. С другой стороны, связанные списки не имеют фиксированного максимального размера.
Связанные списки, с другой стороны, не имеют фиксированного максимального размера, поскольку они могут динамически увеличиваться или уменьшаться по мере добавления или удаления новых узлов.
2. Распределение памяти:
Массивы размещаются в смежных ячейках памяти, что означает, что каждый элемент хранится в памяти один за другим. Связанные списки, с другой стороны, не требуют выделения непрерывной памяти. Каждый узел в связанном списке может быть размещен в другом месте в памяти, и они связаны через указатели.
3. Эффективность памяти:
Массивы эффективно используют память для доступа к элементам по индексу, поскольку доступ к каждому элементу можно получить за время O(1). Однако, если необходимо изменить размер массива, необходимо создать новый массив, а старый массив необходимо скопировать в новый массив, что может быть неэффективным с точки зрения использования памяти. Связанные списки эффективно используют память для добавления или удаления элементов, поскольку это можно сделать за постоянное время O(1). Однако доступ к элементу в связанном списке требует обхода списка с самого начала, что в худшем случае может занять O(n) времени.
4.Время выполнения:
Доступ к элементу массива по индексу занимает время O(1), поскольку индекс можно использовать для прямого доступа к элементу. Однако вставка или удаление элемента из массива требует сдвига всех элементов после точки вставки или удаления, что в худшем случае может занять время O(n). С другой стороны, вставка или удаление элемента из связанного списка занимает время O(1), поскольку необходимо обновить только соседние узлы. Однако доступ к элементу в связанном списке требует обхода списка, что в худшем случае может занять время O(n).
5. Поиск:
Массивы обеспечивают доступ к любому элементу за постоянное время, а это означает, что доступ к элементу по определенному индексу занимает одинаковое количество времени, независимо от размера массива. Это делает поиск определенного элемента в массиве очень эффективным, поскольку его можно выполнить с помощью простого цикла, который перебирает элементы массива до тех пор, пока не будет найден нужный элемент.
Связанные списки, с другой стороны, требуют линейного времени для поиска определенного элемента, а это означает, что время, необходимое для поиска элемента, увеличивается пропорционально размеру списка. Это связано с тем, что связанные списки не обеспечивают постоянный доступ к элементам во времени, а вместо этого требуют обхода списка с самого начала, чтобы найти нужный элемент.
Заключение
В заключение, массивы и связанные списки — это две фундаментальные структуры данных в информатике, используемые для хранения и управления коллекциями данных. Оба имеют свои уникальные преимущества и недостатки, и выбор между ними зависит от конкретных потребностей приложения. Массивы подходят для хранения данных фиксированного размера, требуют непрерывного выделения памяти и обеспечивают быстрое время доступа. С другой стороны, связанные списки идеально подходят для динамического хранения данных и обеспечивают гибкое распределение памяти, что делает их эффективными для вставки и удаления элементов.
Спасибо, что нашли время прочитать эту статью. Я надеюсь, что вы нашли его информативным и приятным. Ваша поддержка и участие очень много значат для меня. Если у вас есть какие-либо отзывы или предложения для будущих статей, не стесняйтесь делиться ими в комментариях ниже.
