Меню

Подвійно пов’язана структура даних списку на C ++ з ілюстрацією

  • Головна
  • Інший
  • Подвійно пов’язана структура даних списку на C ++ з ілюстрацією

doubly linked list data structure c with illustration

Спробуйте Наш Інструмент Для Усунення Проблем

Поглиблений посібник із подвійно пов’язаного списку.

Подвійно пов’язаний список - це різновид однопов’язаного списку. Ми знаємо, що однопов’язаний список - це сукупність вузлів, кожен вузол має частину даних та вказівник, що вказує на наступний вузол.

Подвійно пов’язаний список - це також сукупність вузлів. Кожен вузол тут складається з частини даних та двох покажчиків. Один вказівник вказує на попередній вузол, тоді як другий вказує на наступний вузол.

=> Ознайомтесь із поглибленими навчальними посібниками для C ++ тут.

ДВОЙНО ЗВ

Що ви дізнаєтесь:

Подвійний зв'язок у C ++

Як і в списку з єдиним зв’язком, у списку з подвійним зв’язком також є голова та хвіст. Попередній вказівник голови має значення NULL, оскільки це перший вузол. Для наступного вказівника хвостового вузла встановлено значення NULL, оскільки це останній вузол.

Основна схема списку з подвійним зв’язком показана на діаграмі нижче.

Базовий макет списку з подвійним зв’язком

На наведеному малюнку ми бачимо, що кожен вузол має два покажчики, один вказує на попередній вузол, а другий вказує на наступний вузол. Тільки для першого вузла (голови) попередній вузол встановлений як нуль, а для останнього вузла (хвоста) наступний вказівник має значення нуль.

Оскільки подвійно пов’язаний список містить два вказівники, тобто попередній і наступний, ми можемо переходити його за напрямками вперед і назад. Це головна перевага подвійно пов’язаного списку перед однопов’язаним списком.

генератор випадкових чисел 0-1

Декларація

У оголошенні в стилі С вузол списку, що зв’язаний подвійно, представлений таким чином:

struct node { struct node *prev; int data; struct node *next; };

Окрім вищезазначеної декларації, ми також можемо представити вузол у подвійно пов'язаному списку як клас у C ++. Подвійно пов'язаний список представляється як клас, коли ми використовуємо STL в C ++. Ми можемо реалізувати подвійно пов'язаний список, використовуючи клас на Java.

Основні операції

Нижче наведено деякі операції, які ми можемо виконати у подвійно пов’язаному списку.

Вставка

Операція вставки подвійно пов'язаного списку вставляє новий вузол у пов'язаний список. Залежно від положення, куди слід вставити новий вузол, ми можемо мати такі операції вставки.

  • Вставка спереду - Вставляє новий вузол як перший вузол.
  • Вставка в кінці - Вставляє новий вузол в кінці як останній вузол.
  • Вставка перед вузлом - Даний вузол вставляє новий вузол перед цим вузлом.
  • Вставка після вузла - Даний вузол вставляє новий вузол після цього вузла.

Видалення

Операція видалення видаляє вузол із заданої позиції у подвійно зв’язаному списку.

  • Видалення першого вузла - Видаляє перший вузол у списку
  • Видалення останнього вузла - Видаляє останній вузол у списку.
  • Видалення вузла з урахуванням даних - Враховуючи дані, операція узгоджує дані з даними вузла у зв’язаному списку та видаляє цей вузол.

Обхід

Обхід - це техніка відвідування кожного вузла у зв’язаному списку. У подвійно пов’язаному списку ми маємо два типи обходів, оскільки у нас є два вказівники з різними напрямками в подвійно пов’язаному списку.

  • Обхід вперед - Обхід здійснюється за допомогою наступного вказівника, який знаходиться в прямому напрямку.
  • Обхід назад - Обхід здійснюється за допомогою попереднього вказівника, який є зворотним напрямком.

Зворотний

Ця операція змінює вузли у подвійно зв’язаному списку так, що перший вузол стає останнім вузлом, тоді як останній вузол стає першим вузлом.

Пошук

Операція пошуку в подвійно зв’язаному списку використовується для пошуку певного вузла у зв’язаному списку. Для цього нам потрібно пройти по списку, поки не буде знайдено відповідні дані.

Вставка

Вставте вузол спереду

Вставте вузол спереду

Вставлення нового вузла в передній частині списку показано вище. Як видно, попередній новий вузол N встановлюється як нуль. Голова вказує на новий вузол. Наступний вказівник N тепер вказує на N1, а попередній з N1, який раніше вказував на Null, тепер вказує на N.

Вставте вузол в кінці

Вставте вузол в кінці

Вставка вузла в кінець подвійно пов'язаного списку досягається шляхом наведення наступного вказівника нового вузла N на нуль. Попередній вказівник N вказує на N5. Покажчик «Далі» N5 вказує на N.

Вставити вузол до / після даного вузла

Вставити вузол до-після заданого вузла

Як показано на наведеній вище схемі, коли нам потрібно додати вузол до або після певного вузла, ми змінюємо попередній і наступний покажчики до і після вузлів, щоб відповідним чином вказати на новий вузол. Крім того, нові вказівники вузлів належним чином вказують на існуючі вузли.

Наступна програма на C ++ демонструє всі вищезазначені методи вставлення вузлів у подвійно пов'язаний список.

#include using namespace std; // A doubly linked list node struct Node { int data; struct Node* next; struct Node* prev; }; //inserts node at the front of the list void insert_front(struct Node** head, int new_data) { //allocate memory for New node struct Node* newNode = new Node; //assign data to new node newNode->data = new_data; //new node is head and previous is null, since we are adding at the front newNode->next = (*head); newNode->prev = NULL; //previous of head is new node if ((*head) != NULL) (*head)->prev = newNode; //head points to new node (*head) = newNode; } /* Given a node as prev_node, insert a new node after the given node */ void insert_After(struct Node* prev_node, int new_data) { //check if prev node is null if (prev_node == NULL) { coutnext = prev_node->next; //set next of prev node to newnode prev_node->next = newNode; //now set prev of newnode to prev node newNode->prev = prev_node; //set prev of new node's next to newnode if (newNode->next != NULL) newNode->next->prev = newNode; } //insert a new node at the end of the list void insert_end(struct Node** head, int new_data) { //allocate memory for node struct Node* newNode = new Node; struct Node* last = *head; //set last node value to head //set data for new node newNode->data = new_data; //new node is the last node , so set next of new node to null newNode->next = NULL; //check if list is empty, if yes make new node the head of list if (*head == NULL) { newNode->prev = NULL; *head = newNode; return; } //otherwise traverse the list to go to last node while (last->next != NULL) last = last->next; //set next of last to new node last->next = newNode; //set last to prev of new node newNode->prev = last; return; } // This function prints contents of linked list starting from the given node void displayList(struct Node* node) { struct Node* last; while (node != NULL) { coutnext; } if(node == NULL) cout

Вихід:

Подвійно пов’язаний список такий:

1020304050 НУЛЬ

Вищевказана програма створює подвійно пов'язаний список, вставляючи вузли за допомогою трьох методів вставки, тобто вставляючи вузол спереду, вставляючи вузол в кінці та вставляючи вузол після даного вузла.

Далі ми демонструємо ту ж операцію, що і реалізація Java.

// Java Class for Doubly Linked List class Doubly_linkedList { Node head; // list head /* Doubly Linked list Node*/ class Node { int data; Node prev; Node next; //create a new node using constructor Node(int d) { data = d; } } // insert a node at the front of the list public void insert_front(int new_data) { /* 1. allocate node * 2. put in the data */ Node new_Node = new Node(new_data); /* 3. Make next of new node as head and previous as NULL */ new_Node.next = head; new_Node.prev = null; /* 4. change prev of head node to new node */ if (head != null) head.prev = new_Node; /* 5. move the head to point to the new node */ head = new_Node; } //insert a node after the given prev node public void Insert_After(Node prev_Node, int new_data) { //check that prev node is not null if (prev_Node == null) { System.out.println('The previous node is required,it cannot be NULL '); return; } //allocate new node and set it to data Node newNode = new Node(new_data); //set next of newNode as next of prev node newNode.next = prev_Node.next; //set new node to next of prev node prev_Node.next = newNode; //set prev of newNode as prev node newNode.prev = prev_Node; //set prev of new node's next to newnode if (newNode.next != null) newNode.next.prev = newNode; } // Add a node at the end of the list void insert_end(int new_data) { //allocate the node and set the data Node newNode = new Node(new_data); Node last = head; //set last as the head //set next of new node to null since its the last node newNode.next = null; //set new node as head if the list is null if (head == null) { newNode.prev = null; head = newNode; return; } //if list is not null then traverse it till the last node and set last next to last while (last.next != null) last = last.next; last.next = newNode; //set last next to new node newNode.prev = last; //set last as prev of new node } // display the contents of linked list starting from the given node public void displaylist(Node node) { Node last = null; while (node != null) { System.out.print(node.data + ''); last = node; node = node.next; } if(node == null) System.out.print('null'); System.out.println(); } } class Main{ public static void main(String() args) { /* Start with the empty list */ Doubly_linkedList dll = new Doubly_linkedList(); // Insert 40. dll.insert_end(40); // Insert 20 at the beginning. dll.insert_front(20); // Insert 10 at the beginning. dll.insert_front(10); // Insert 50 at the end. dll.insert_end(50); // Insert 30, after 20. dll.Insert_After(dll.head.next, 30); System.out.println('Doubly linked list created is as follows: '); dll.displaylist(dll.head); } }

Вихід:

Створений подвійно пов’язаний список такий:

Запитання та відповіді на інтерв’ю mysql за 3 роки досвіду

1020304050 нуль

Видалення

Вузол можна видалити зі списку, що зв’язаний подвійно, з будь-якої позиції, наприклад, з передньої, кінцевої або будь-якої іншої заданої позиції або даних.

Видаляючи вузол зі списку подвійних зв’язків, спочатку ми переставляємо вказівник, що вказує на цей конкретний вузол, так що попередні та післявузли не мають жодного зв’язку з вузлом, який потрібно видалити. Тоді ми можемо легко видалити вузол.

Розглянемо наступний подвійно зв’язаний список із трьома вузлами A, B, C. Давайте розглянемо, що нам потрібно видалити вузол B.

подвійно пов

Як показано у наведеній вище серії діаграми, ми продемонстрували видалення вузла B із наведеного пов'язаного списку. Послідовність операцій залишається незмінною, навіть якщо вузол перший або останній. Єдиною обережністю, яку слід подбати, є те, що якщо у випадку видалення першого вузла попередній вказівник другого вузла буде встановлений як нульовий.

Подібним чином, коли останній вузол буде видалений, для наступного вказівника попереднього вузла буде встановлено значення null. Якщо між вузлами буде видалено, послідовність буде такою, як зазначено вище.

Ми залишаємо програму для видалення вузла зі списку, що зв’язаний подвійно. Зверніть увагу, що реалізація буде на рядках реалізації вставки.

Зворотний подвійно пов’язаний список

Зміна списку з подвійним зв’язком є ​​важливою операцією. У цьому ми просто міняємо місцями попередній і наступний покажчики всіх вузлів, а також міняємо вказівники на голову та хвіст.

Нижче наведено подвійно пов’язаний список:

Зворотний подвійно зв’язаний список

Наступна реалізація С ++ показує зворотний подвійно пов’язаний список.

#include using namespace std; //node declaration for doubly linked list struct Node { int data; struct Node *prev, *next; }; Node* newNode(int val) { Node* temp = new Node; temp->data = val; temp->prev = temp->next = nullptr; return temp; } void displayList(Node* head) { while (head->next != nullptr) { cout next; } cout next = *head; (*head)->prev = temp; (*head) = temp; } // reverse the doubly linked list void reverseList(Node** head) { Node* left = *head, * right = *head; // traverse entire list and set right next to right while (right->next != nullptr) right = right->next; //swap left and right data by moving them towards each other till they meet or cross while (left != right && left->prev != right) { // Swap left and right pointer data swap(left->data, right->data); // Advance left pointer left = left->next; // Advance right pointer right = right->prev; } } int main() { Node* headNode = newNode(5); insert(&headNode, 4); insert(&headNode, 3); insert(&headNode, 2); insert(&headNode, 1); cout << 'Original doubly linked list: ' << endl; displayList(headNode); cout << 'Reverse doubly linked list: ' << endl; reverseList(&headNode); displayList(headNode); return 0; }

Вихід:

Оригінальний подвійно пов’язаний список:

1 2 3 4 5

Зворотний подвійно зв’язаний список:

5 4 3 2 1

Тут ми міняємо місцями лівий і правий покажчики і рухаємо їх назустріч один одному, поки вони не зустрінуться або не перетнуть один одного. Потім перший і останній вузли поміняні місцями.

Наступною програмою є реалізація Java для обернення списку подвійних зв'язків. У цій програмі ми також використовуємо обмін лівого та правого вузлів, як це було в попередній програмі.

// Java Program to Reverse a doubly linked List using Data Swapping class Main{ static class Node { int data; Node prev, next; }; static Node newNode(int new_data) { Node temp = new Node(); temp.data = new_data; temp.prev = temp.next = null; return temp; } static void displayList(Node head) { while (head.next != null) { System.out.print(head.data+ ' '); head = head.next; } System.out.println( head.data ); } // Insert a new node at the head of the list static Node insert(Node head, int new_data) { Node temp = newNode(new_data); temp.next = head; (head).prev = temp; (head) = temp; return head; } // Function to reverse the list static Node reverseList(Node head) { Node left = head, right = head; // traverse the list, set right pointer to end of list while (right.next != null) right = right.next; // move left and right pointers and swap their data till they meet or cross each other while (left != right && left.prev != right) { // Swap data of left and right pointer int t = left.data; left.data = right.data; right.data = t; left = left.next; // Advance left pointer right = right.prev; // Advance right pointer } return head; } public static void main(String args()) { Node headNode = newNode(5); headNode = insert(headNode, 4); headNode = insert(headNode, 3); headNode = insert(headNode, 2); headNode = insert(headNode, 1); System.out.println('Original doubly linked list:'); displayList(headNode); System.out.println('Reversed doubly linked list:'); headNode=reverseList(headNode); displayList(headNode); } }

Вихід:

Оригінальний подвійно пов’язаний список:

1 2 3 4 5

Перевернутий подвійно зв’язаний список:

5 4 3 2 1

Переваги / недоліки в порівнянні з єдинозв'язаним списком

Давайте обговоримо деякі переваги та недоліки подвійно пов'язаного списку перед однопов'язаним списком.

Переваги:

  • Подвійно зв’язаний список може обходитись як у прямому, так і в зворотному напрямку, на відміну від однопов’язаного списку, який можна пройти лише в прямому напрямку.
  • Операція видалення в подвійно пов'язаному списку є більш ефективною, ніж у порівнянні з одним списком, коли заданий даний вузол. У списку з єдиним зв’язком, оскільки нам потрібен попередній вузол, щоб видалити даний вузол, іноді нам потрібно обходити список, щоб знайти попередній вузол. Це вражає продуктивність.
  • Операцію вставки можна легко виконати в подвійно пов'язаному списку порівняно з однопов'язаним списком.

Недоліки:

  • Оскільки подвійно пов'язаний список містить ще один додатковий вказівник, тобто попередній, простір пам'яті, який займає подвійно пов'язаний список, більший у порівнянні зі списком, що пов'язаний одноосібно.
  • Оскільки присутні два покажчики, тобто попередній і наступний, всі операції, що виконуються у подвійно зв’язаному списку, повинні піклуватися про ці вказівники та підтримувати їх, що призводить до вузького місця в роботі.

Застосування списку подвійних зв’язків

Подвійно пов’язаний список може застосовуватися в різних реальних сценаріях та додатках, як обговорюється нижче.

  • Колода карт у грі є класичним прикладом подвійного списку. Враховуючи, що кожна карта в колоді має попередню і наступну карти, розташовані послідовно, цю колоду карт можна легко представити за допомогою подвійно пов’язаного списку.
  • Історія / кеш браузера - кеш браузера має набір URL-адрес, і в ньому можна переміщатися за допомогою кнопок вперед і назад - ще один хороший приклад, який може бути представлений у вигляді подвійно пов’язаного списку.
  • Нещодавно використовувані (MRU) також можуть бути представлені як подвійно пов'язаний список.
  • Інші структури даних, такі як стеки, хеш-таблиця, бінарне дерево, також можуть бути побудовані або запрограмовані за допомогою подвійно пов'язаного списку.

Висновок

Подвійно пов’язаний список - це різновид однопов’язаного списку. Він відрізняється від однопов'язаного списку тим, що кожен вузол містить додатковий вказівник на попередній вузол разом із наступним вказівником.

Ця наявність додаткового вказівника полегшує операції вставки, видалення зі списку з подвійним зв'язком, але в той же час вимагає додаткової пам'яті для зберігання цих додаткових покажчиків.

Як уже обговорювалося, подвійно пов'язаний список може застосовуватись у різних сценаріях реального часу, таких як кеш браузера, MRU тощо. Ми також можемо представляти інші структури даних, такі як дерева, хеш-таблиці тощо, використовуючи подвійно пов'язаний список.

У нашому наступному підручнику ми дізнаємося більше про круговий зв’язаний список.

=> Ознайомтесь з Популярною серією навчальних програм C ++ тут.

Рекомендована література

^