《数据存储结构之顺序存储与链式存储》
一、引言
在计算机科学中，数据的存储结构是数据结构的重要组成部分，合理的数据存储结构能够提高数据的处理效率、节省存储空间，并方便数据的操作和管理，数据的存储结构主要包括顺序存储结构和链式存储结构这两种基本类型，它们各有特点，适用于不同的应用场景。
二、顺序存储结构
1、定义与原理
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- 顺序存储结构是将数据元素按照逻辑顺序依次存放在一组连续的存储单元中，在这种存储结构中，数据元素之间的逻辑关系通过它们在存储单元中的物理位置相邻关系来体现，在一个一维数组中，数组元素是顺序存储的，如果数组名为a，元素类型为整型，那么a[0]、a[1]、a[2] 等元素在内存中是连续存放的。
- 对于线性表的顺序存储结构，假设线性表中有n 个元素，每个元素占用L 个存储单元，第一个元素的存储地址为LOC(a1)，那么第i 个元素的存储地址LOC(ai) 可以通过公式LOC(ai)=LOC(a1)+(i - 1)*L 计算得到，这一特性使得顺序存储结构在随机访问数据元素时具有很高的效率，因为可以直接根据元素的序号计算出其在内存中的地址，时间复杂度为O(1)。
2、优点
- 随机访问方便，由于元素的存储地址可以通过简单的计算得到，所以可以快速地访问表中任意位置的元素，在一个存储学生成绩的数组中，如果要查询第10个学生的成绩，不需要遍历前面的9个学生成绩，直接通过计算地址就能获取。
- 存储密度高，顺序存储结构中，除了数据元素本身占用的空间外，几乎没有额外的开销来存储元素之间的关系信息，因为逻辑关系是通过物理位置相邻来体现的，这使得它在存储相同数量的数据元素时，相比一些其他存储结构占用更少的存储空间。
3、缺点
- 插入和删除操作效率低，在顺序存储结构中进行插入或删除操作时，往往需要移动大量的元素，要在一个顺序存储的线性表中间插入一个元素，需要将插入位置之后的所有元素向后移动一位，为新元素腾出空间；删除一个元素时，则需要将后面的元素向前移动来填补删除元素所留下的空位，对于一个有n 个元素的线性表，插入或删除操作在最坏情况下需要移动n - 1 个元素，平均移动元素的个数也接近n/2，时间复杂度为O(n)。
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- 存储空间的分配需要预先确定，在创建顺序存储结构时，需要预先估计数据元素的最大数量，然后分配足够的连续存储空间，如果预先分配的空间过大，会造成存储空间的浪费；如果分配的空间过小，当数据元素数量增加超过预先分配的空间时，可能会导致程序运行出错。
三、链式存储结构
1、定义与原理
- 链式存储结构中，数据元素的存储单元可以是不连续的，每个数据元素通过一个称为“指针”的附加信息来表示它与其他元素之间的逻辑关系，对于单链表来说，每个节点包含两部分：数据域和指针域，数据域用来存储数据元素本身的值，指针域用来存储下一个节点的地址，一个存储整数的单链表，节点结构可能是这样的：struct Node {int data; struct Node *next;}，其中data 是数据域，next 是指针域。
- 在链式存储结构中，逻辑上相邻的元素在物理存储上不一定相邻，通过指针的链接，就可以按照逻辑顺序遍历整个数据结构。
2、优点
- 插入和删除操作灵活，在链式存储结构中进行插入和删除操作时，只需要修改相关节点的指针即可，不需要移动大量的数据元素，要在单链表中插入一个新节点，只需要调整新节点前后节点的指针指向；删除一个节点时，也只需修改其前驱节点的指针指向，对于一个有n 个节点的链表，插入和删除操作的时间复杂度为O(1)（如果已知插入或删除位置的指针）。
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- 不需要预先分配存储空间，链表的节点是动态分配的，根据实际需要逐个创建节点，这样就不会出现顺序存储结构中因预先分配空间不当而导致的空间浪费或不足的问题。
3、缺点
- 随机访问困难，由于链表中的节点在内存中是分散存储的，没有像顺序存储结构那样的规律地址计算方式，所以要访问链表中的某个节点，只能从链表的头节点开始，沿着指针逐个节点地查找，时间复杂度为O(n)。
- 存储密度相对较低，因为每个节点除了存储数据元素本身外，还需要额外的空间来存储指针信息，所以相比于顺序存储结构，链式存储结构的存储密度要低一些。
四、结论
顺序存储结构和链式存储结构是两种基本的数据存储结构，它们在不同的方面各有优劣，在实际应用中，需要根据具体的需求来选择合适的存储结构，如果需要频繁地进行随机访问操作，并且数据元素的数量相对固定，那么顺序存储结构可能是更好的选择；如果数据结构需要频繁地进行插入和删除操作，并且数据元素的数量不确定，那么链式存储结构则更为合适，在一些复杂的数据结构设计中，也可以将两种存储结构结合使用，充分发挥它们的优势，以达到最佳的存储和操作效果。
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