【数据结构】数组、链表、堆栈、队列到底是什么？它们之间有什么区别？

数组、链表、堆栈、队列是数据结构中的四种不同概念，了解它们可以让我们对程序性能有更好的优化空间，并且在数据结构与算法中有很重要的作用

1. 数组 (Array)

数组是一种最基本的数据结构，存储在连续的内存空间中，元素通过索引来访问。数组的大小通常是固定的，一旦声明，不能动态改变。

特点：

• 支持随机访问，通过索引可以快速访问任意元素（时间复杂度 O(1)）。
• 插入和删除元素效率较低，因为可能需要移动其他元素。

适用场景：

• 需要频繁读取数据的场景。
• 固定大小的集合存储。

时间复杂度:

• 访问元素: O(1)，因为可以通过索引直接访问。
• 插入元素: O(n)，因为在插入元素时可能需要移动其他元素，尤其是插入到数组的开头或中间。
• 删除元素: O(n)，删除时也可能需要移动其他元素。

空间复杂度:

• O(n)，因为数组需要为所有元素分配连续的内存。

2. 链表 (Linked List)

链表是一种线性数据结构，由一系列节点（Node）组成，每个节点包含两个部分：数据部分（存储数据）和指针部分（指向下一个节点的地址）。链表的特点是节点不需要在内存中连续存储，它通过指针来动态连接。

链表的主要类型：

• 单链表：每个节点只指向下一个节点。
• 双向链表：每个节点既指向下一个节点，也指向前一个节点。
• 循环链表：最后一个节点指向链表的第一个节点，形成一个循环结构。

优点：

• 插入和删除操作效率高，特别是在中间位置进行操作时，无需移动元素。
• 动态分配内存，不需要预先定义数据的大小。

缺点：

• 随机访问效率低，因为要访问某个节点需要从头遍历链表。

时间复杂度:

• 访问元素: O(n)，因为需要从头开始遍历链表，找到指定元素。
• 插入元素: O(1)，如果在头部或尾部插入，只需要调整指针。
• 删除元素: O(1)，删除某个已知位置的元素只需要调整指针。

空间复杂度:

• O(n)，每个节点需要额外存储指针，占用额外的空间。

3. 堆栈 (Stack)

堆栈是一种后进先出（LIFO，Last In First Out）的数据结构。它的操作受限，只能在数据的末端进行添加和删除。想象一个叠放的盘子，最先拿出的盘子一定是最上面的。

堆栈的操作：

• Push：将一个元素压入堆栈。
• Pop：从堆栈中弹出顶部元素。
• Peek/Top：查看堆栈顶部的元素而不弹出。

使用场景：

• 递归调用
• 表达式求值
• 深度优先搜索（DFS）

优点：

操作简单，符合特定场景需求。
缺点：

• 只能在一端操作，限制了灵活性。

时间复杂度:

• Push（压栈）：O(1)，因为只需要在顶部插入元素。
• Pop（弹栈）：O(1)，因为只需要移除顶部元素。
• Peek（查看栈顶元素）：O(1)。

空间复杂度:

• O(n)，栈中存储的元素数量决定了所需的内存。

4. 队列 (Queue)

队列是一种先进先出（FIFO，First In First Out）的数据结构。它的操作类似于排队，最先进入队列的元素最先被处理。

队列的操作：

• Enqueue：将一个元素添加到队列末端。
• Dequeue：从队列的前端移除元素。
• Front：查看队列前端的元素。

队列的类型：

• 普通队列：先进先出。

• 双端队列：两端都可以进行入队和出队操作。

• 优先队列：每个元素有优先级，优先级高的元素先出队。
  使用场景：

• 广度优先搜索（BFS）

• 操作系统中的任务调度

• 缓冲区管理

优点：

• 适合处理需要按顺序处理的任务。

缺点：

• 只能从一端入队，从另一端出队，操作受限。

时间复杂度:

• Enqueue（入队）：O(1)，因为只需在队尾添加元素。
• Dequeue（出队）：O(1)，因为只需从队首移除元素。
• Peek（查看队首元素）：O(1)。

空间复杂度:

• O(n)，队列中存储的元素数量决定了所需的内存。

区别总结：

• 数组：不适合频繁的插入和删除操作，对频繁读取数据很友好
• 链表：动态数据结构，适合频繁插入和删除操作，不支持直接访问。
• 堆栈：后进先出，适合递归、栈式操作。
• 队列：先进先出，适合顺序处理任务。

原文地址：https://blog.csdn.net/qq_37945670/article/details/142954430

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