数组&链表&队列&栈

🔥 四种数据结构中，链表是较为复杂的。

数组

概念&特性

1. 概念（数据结构意义上的）：一种线性表数据结构，用一组连续的内存空间存储一组具有相同类型的数据。

2. 特性

   • 只有前后两个方向
   • 随机访问

3. 一维数组寻址公式

   $a[i]\_address = base\_address + i * data\_type\_size$

4. javascript 中的数组

   • 数组被改的面目全非了，与数据结构中的数组行为不一致。
   • 不一定连续，支持变长数组
   • 提供 ArrayBuffer ，这种数据结构符合标准数据结构的定义

时间复杂度

1. 复杂度：根据下标随机访问元素的时间复杂度是O(1)，插入删除的平均复杂度为 O(n)

2. 插入、删除比较低效，因为数组的连续性

3. 不考虑排序的话，插入指定位置，可以将时间复杂度降为 O(1)

   不大规模移动，只将指定位置的元素放到队尾，新元素再放到该指定位置

4. 🔥 删除的操作可以将多次删除操作一起执行，删除效率较高

   标记清除

总结&思考

1. 为什么数组下标从 0 开始？

2. 数组暴露的缺点

   • 数组需要一块连续的内存空间来存储，对内存要求比较高。当内存中没有连续的、足够大的存储空间时，会申请失败。

🔥 链表

应用

1. LRU缓存淘汰算法

   常见的淘汰算法：先进先出(FIFO), 最少使用(LFY), 最近最少使用(LRU)

2. java LinkedHashMap 用到了双向链表

3. 约瑟夫问题 循环链表

概念&特性

1. 存储空间上不连续，利用指针(引用)来表示顺序

时间复杂度

1. 访问第 k 个数据的时间复杂度为 O(n)

2. 插入，删除操作(已知前驱节点的情况下)的时间复杂度为 O(1), 但需要先进行遍历查找其前驱节点。

3. 双向链表可以解决插入、删除，需要遍历找出前驱节点的问题。将时间复杂度降低为 O(1)

链表的变形结构

1. 循环链表

2. 双向链表

3. 双向循环链表

链表的奇淫技巧

1. 理解指针和应用

2. 警惕指针丢失和内存泄漏

3. 🍅 利用 "哨兵" 简化代码

4. 🍅 留意边界情况和特殊条件

   • 链表空时
   • 链表只有一个节点时
   • 链表只有两个节点时
   • 要处理的节点是头节点、尾节点时

5. 画图

6. 🍎 多多练习

   • 单链表反转
   • 链表中环的检测
   • 两个有序的链表合并
   • 删除链表倒数第 k 个节点
   • 寻找链表中的中间节点
   • LRU算法实现

思考&总结

1. 双向链表空间换时间

2. 链表 VS 数组

• 数组扩容麻烦，链表天然支持动态扩容

• 数组适合内存紧缺的开发场景

• 链表容易产生内存碎片

知识

1. LRU(Least recently used)缓存淘汰算法

   根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据，其核心思想是如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高

训练题目

1. 有红苹果标记的

2. 基础的链表

栈

应用场景

1. 浏览器前进后退

2. 函数的调用栈

3. 🍎 表达式求值

概念&特性

1. 顺序栈数组实现
2. 链式栈链表实现

时间复杂度

1. 出栈、入栈都是 O(1)

2. 🍎 动态扩容的入栈，最好 O(1) 最坏O(n) 均摊O(1)

训练题目

1. 红苹果

2. 括号匹配

3. 链式栈

4. 顺序栈

队列

概念&特性

1. 先进先出
2. 顺序队列数组实现
3. 链式队列链表实现

时间复杂度

有一个问题需要注意，连个指针(tail, head)不断后移的过程中，tail移到最后，就没法入队了，此时需要，向前移动。

1. 每次出队列都移动 O(n)

2. tail 在最右时整体移动 均摊O(1)

🍎 🔥 循环队列

1. 关键：确定队列空和队列满的判定条件

2. 当队列满的时候 head 和 tail 关系

   $(tail + 1)\%n=head$

3. tail 指针指向的位置，不存数据

阻塞队列和并发队列

1. 阻塞队列实现 "生产者-消费者模型"

2. 线程安全的队列又叫并发队列 上锁

3. 基于数组的循环队列，利用 CAS 原子操作，可以实现非常高效的无锁并发队列，这也是循环队列比链式队列应用更广泛的原因

问题&思考

1. 问题：当项固定大小的线程池请求一个线程时，如果线程池没有空闲资源，这个时候线程池如何处理这个请求

   • 直接拒绝
   • 阻塞队列 （数组实现有界排队队列，链表实现一个支持无界的排队队列）

🍎 练习

1. 顺序队列
2. 链式队列
3. 循环队列