Linked Lists Prof. Michael Tsai 2013/3/12.

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1 Linked Lists Prof. Michael Tsai 2013/3/12

2 大家來吐Array的槽 Array有什麼不好? 插入新element 刪除原本的element Time complexity= O(??)
1 3 新的 4 2 5 1 3 4 2 5 空 1 3 2 5 1 3 4 2 5

3 Array的複雜度 Indexing (拿某一個元素) O(1) ?? 在開頭Insert/Delete
Dynamic Array (滿了以後 擴充成兩倍) Linked List (今天要學的) Indexing (拿某一個元素) O(1) ?? 在開頭Insert/Delete O(n), only feasible if not full O(n) 在尾巴Insert/Delete O(1), only feasible if not full O(1), if not full O(n), if full 在中間Insert/Delete 浪費的空間

4 新朋友: Linked List 要怎麼讓資料 1. 可以隨便亂排 2. 但是我們仍然知道他的順序? 答案: 資料亂排
但是, 另外存“下一個是誰” index [0] [1] [2] [3] [4] 資料 ㄇ ㄆ ㄅ ㄉ ㄈ 下一個是誰 4 1 -1 3 開始 1

5 概念上, 應該是長這樣 真正的樣子: 開始 ㄅ ㄆ ㄇ ㄈ ㄉ Null index [0] [1] [2] [3] [4] 資料 ㄇ ㄆ
下一個是誰 4 1 -1 3 開始 2

6 增加一個人? 開始 ㄅ ㄆ ㄇ ㄈ ㄉ Null ㄐ index [0] [1] [2] [3] [4] [5] 資料 ㄇ ㄆ ㄅ ㄉ ㄈ
下一個是誰 4 1 -1 3 4 5 1 -1 3 4 1 -1 3 開始 2

7 刪掉一個人 開始 ㄅ ㄆ ㄇ ㄈ ㄉ Null ㄐ index [0] [1] [2] [3] [4] [5] 資料 ㄇ ㄆ ㄅ ㄉ ㄈ ㄐ
下一個是誰 4 5 1 -1 3 4 5 1 -1 3 開始 2

8 來看一些code (用malloc/free)
怎麼宣告一個node的struct? struct ListNode { int data; struct ListNode *next; }; 怎麼拿一個新的node? struct ListNode *new; new=(struct ListNode*)malloc(sizeof(struct listNode));

9 來看一些code new是指標, 指到一個struct listNode的變數. 那如果要拿這個變數裡面的data呢? 可以這樣寫:
(*new).data 或者, new->data 要拿next呢? (*new).next new->next

10 來看一些code 假設head指到第一個struct ListNode 那麼我要拿到551的下一個ListNode的位址怎麼寫?
342 551 假設head指到第一個struct ListNode 那麼我要拿到551的下一個ListNode的位址怎麼寫? head->link->link (連續技)

11 製造兩個node struct ListNode *head, *tmp;
342 551 struct ListNode *head, *tmp; tmp=(struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode)); if (tmp==NULL) exit(-1); // exit program on error tmp->data=551; tmp->next=NULL; head=tmp; tmp->data=342; tmp->next=head;

12 插入一個新node在某node後面 struct ListNode *x; //指到要插入的node的位置
struct ListNode *new; new=(struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode)); new->data=123; 下一步呢? 先處理new->next還是x->next? new->next=x->next; x->next=new; new x 123 342 342 551

13 刪除某一個node struct ListNode *head; //指到一開始的node的位置
struct ListNode *x; //指到要刪除的node的位置 struct ListNode *trail; //指到x的前一個node的位置 分兩種狀況處理: x是頭, 還有x不是頭 if (trail) //x不是第一個node trail->next=x->next; else head=x->next; free(x); 551 x head 342 x trail … 342 342 551

14 Examples 印出整個linked list 找到某個node有data的前一個node的位置
struct ListNode *tmp; for(tmp=head; tmp!=NULL; tmp=tmp->next) printf(“%d “, tmp->data); 找到某個node有data的前一個node的位置 int a=123; //假設我們要找資料是123的node的前一個node位置 for(tmp=head; tmp!=NULL; tmp=tmp->next) { if (tmp->next!=NULL) { //因為tmp->next可能是NULL! if (tmp->next->data==a) break; // break出去的時候, tmp就是我們要的 }

15 Array和Linked List的複雜度比較
Dynamic Array (滿了以後 擴充成兩倍) Linked List Indexing (拿某一個元素) O(1) O(n) 在開頭Insert/Delete O(n), only feasible if not full 在尾巴Insert/Delete O(1), only feasible if not full O(1), if not full O(n), if full O(n)找到尾巴 O(1) insert/delete 在中間Insert/Delete O(n) 找到位置 浪費的空間 (不是拿來存資料的部分) 0 (存滿以後) O(n) (最多可能有一半的空間是空的) (每個node都有拿來存next node的位址欄位)

16 <動腦時間> 有沒有什麼是array比linked list好的? 什麼時候用array? 什麼時候用linked list?
<練習題1> 我想要找linked list裡面從尾巴數過來的第k個node, 要怎麼寫code? 時間複雜度為? 練習題1答案: O(n), Karumanchi 3.10 problem 2,4,5

17 Example: Stacks & Queues
如果是一塊記憶體要放很多stack或queue 就很難做到很efficient 例如如果某一stack滿了, 就要把一堆資料往後擠 就不是O(1)了 T_T 解決: 跟Linked List當朋友

18 Stack 要怎麼拿來當stack呢? (想想怎麼做主要的operation) push & pop 請一位同學來講解
head當作stack top 怎麼寫code? 那pop呢? head 訊 工 程 系 Null 資

19 Queue 類似stack的作法 不過頭尾都要有一個指標 從頭拿, 從尾放 怎麼拿? (DeQueue)
struct ListNode* tmp; tmp=front; front=front->link; tmp_data=tmp->data; free(tmp); return tmp_data; rear front 資 訊 工 程 Null

20 Queue 那怎麼放? 假設new是指到新的node rear->next=new; new->next=NULL;
系 rear 那怎麼放? 假設new是指到新的node rear->next=new; new->next=NULL; rear=new; front 資 訊 工 程

21 練習題2: 把linked list反過來 反過來: 把 變成 怎麼弄? 3 14 2 8 1 a 1 2 8 3 14 b
a 1 2 8 3 14 b Program 4.16 on p 171 答案: Karumanchi 3.10 problem 16

22 Singly v.s. doubly linked list
Singly linked list: 3 14 2 8 1 head Doubly linked list: 3 14 2 8 1 head 什麼時候需要用雙? Singly linked list只能往後, 不能往前 (要從最前面開始重新找) Doubly linked list用在常常需要”倒帶”的時候 好處: 倒帶方便 (O(1)) (想想在singly linked list裡面要刪掉一個node時, 必須要找到前一個node) 壞處: 兩個pointer的儲存空間 Insert/delete的時候稍微慢一點(要處理兩個pointer, next & prev) 刪掉前後各一個node?

23 回收很慢 要把一個用完的linked list每個node都free掉 (Why?) 有幾項就要幾項的時間: O(n)
懶人方法: 丟到一個”回收桶”, 之後需要的時候再撿出來 希望丟=O(1), 而且撿=O(1) 怎麼做? 關鍵:找尾巴很慢. (不是O(1)) 但是又不想多花空間紀錄尾巴 回收桶 a 3 14 2 8 1

24 Circular List “開始”的那個箭頭, 指在尾巴 最後一個node指回開頭 有什麼好處? 串接很方便! 丟進回收桶=O(1) !!
也可以有doubly circular linked list! 3 14 2 8 1 temp head 回收桶

25 暫停! 來回想一下我們學了哪些種類的linked list Singly linked list Doubly linked list
Circular Non-circular (chain) Doubly linked list

26 Today’s Reading Assignments
Karumanchi 有很多的source code, 特別是3.6的部分是基礎, 一定要看懂! Karumanchi 3.10 problem {2,4,5},{15,16},{24,25,27}