陣列和連結串列

1.  記憶體的工作原理

計算機將記憶體會分為很多格子(類似書櫃)，每個格子都會對應自己地址，就是記憶體地址

每當計算機接收到儲存命令時，計算機會告訴你一個記憶體地址，表示你的東西存在這個地址。

當需要儲存多個資料時，有兩種基本儲存方式：陣列和連結串列

2. 陣列和連結串列的差異

1. 儲存方式

1.1 陣列儲存方式

利用陣列進行儲存多項資料時，會需要計算機提供一排連續的位置，即是陣列在儲存的時候，必須保證記憶體地址是依次相鄰的，且在新增資料時也必須保證有相鄰的位置提供，附近沒有相鄰的位置，則必須整體遷移(類似和朋友看電影，必須要是相鄰的位置，如果中途有其他朋友來，那麼又要重新尋找有足夠多空餘並且相鄰的位置)。為了避免這種中途新增資料會導致全部資料整體遷移的問題，可以提前請求多個相鄰的位置，但是如果中途沒有資料再次新增，那麼就會導致資源的浪費。或者請求多個位置用完了，那麼又要整天重新遷移位置。

所以在使用陣列進行儲存資料時，速度相對緩慢，且容易浪費資源

1.2 連結串列的儲存方式

連結串列進行儲存時，只需要有足夠的記憶體空間即可進行儲存。連結串列中的每個元素都會攜帶下一個元素的記憶體地址，因此在儲存資料時，只需要修改上一個元素指向的記憶體地址即可。

連結串列在儲存資料時，速度相對較快，且只需要有足夠的記憶體空間即可進行儲存。

2.  查詢方式

2.1 陣列的查詢方式

由於陣列在儲存時記憶體地址都是相鄰的，因此你知道所有元素的記憶體地址，所以可以透過索引的方式進行查詢，而一般陣列的第一個元素的索引為0，即是從0開始依次累加順序。

陣列支援順序查詢和隨機查詢。

陣列在進行查詢時的速度較快(O(1))，因為可以透過簡單的數學運算可以馬上知道你要查詢元素位置.

2.2 連結串列的查詢方式

由於連結串列在儲存時是任意位置儲存的，所以你要知道某個元素的地址，就必須先知道上一個元素的位置，依次類推，則你必須先知道第一個元素的位置，所以連結串列在查詢時只支援順序查詢。

連結串列在查詢時速度較慢(O(n))，因為無法透過簡單的數學運算計算出某個元素的位置，必須要先知道上一個元素的位置

3. 刪除方式

3.1 陣列的刪除方式

陣列在刪除某個元素時，後面的元素必須依次向前移動。因此陣列在刪除元素時的速度較慢(O(n))。

3.2 連結串列的刪除方式

連結串列在刪除某個元素時，只需要修改上一個元素指向的地址即可。因此連結串列在刪除元素時速度較快(O(1))

4. 插入方式

4.1 陣列的插入方式

陣列在插入時必須要保證有足夠的空間，如果沒有足夠的空間，那麼需要整個陣列複製到其他地方。因此在插入元素時陣列速度較慢(O(n)).

4.2 連結串列的插入方式

連結串列在插入時，只需要修改上一個元素指向的位置即可。因此連結串列在插入時速度較快(O(1))。

3. 總結

下面是陣列和連結串列常見的操作執行時間。（注意：有且僅當能夠立即訪問要刪除的元素時，執行時間方為O(1)）

從表格可以看出，陣列和連結串列都有各自不同的優缺點。所以在使用時需要根據實際情況出發，來判斷使用什麼方式更加便捷。

陣列和連結串列是可以進行混合使用的。

即在陣列中存放一個連結串列的位置。這樣混合後的儲存方式，在查詢時雖然不如陣列，但是比連結串列塊，且在插入和刪除時不必連結串列慢。

作者：python_LiuYi
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