为什么在链表中按索引访问项目比数组慢？答案

【问题标题】：Why is accessing an item by index slower in a linked list than an array?为什么在链表中按索引访问项目比数组慢？
【发布时间】：2016-06-11 23:37:04
【问题描述】：

我认为我遗漏了一个非常明显的观点，但在我的 Java 教科书中找不到。

我了解对于链表而言，节点存储在内存中不一定必须是连续的。这是否也意味着链表不可索引？如果是这样，那么在链表中查找项目的唯一方法就是遍历链表，对吧，而您可以通过索引从数组中get？

【问题讨论】：

链表访问是(sequential, so) O(n);数组访问是（随机的，所以）O(1)。这篇文章中有很多很好的信息：en.wikipedia.org/wiki/Linked_list
谢谢@BrianSnow。我仍然不明白为什么链表不可索引。从我收集到的信息来看，链表是否不包含对它所包含的所有项目的引用——只有头部和/或尾部？因此不允许通过索引访问？
假设您有一个名为 L 的链表。可能在 L 上公开的唯一操作将是 head()，它返回链表的头部：Node<T> head = L.head()。列表的头部只是一个简单的节点，它也只暴露了一个操作，称为next()，它返回列表中的下一个节点。您现在可以通过执行Node<T> node = head.next() 来遍历列表，直到您到达列表末尾和node.next() == null。所以你是对的：链表不会直接引用它的所有元素——它只保留对其头部的引用。

标签： java

【解决方案1】：

为什么在链表中按索引访问项目比在数组中慢？

链表有一个条目链。如果你想获取（比如说）42 位置的元素，代码必须：

获取第一个元素的入口（位置0）
点击next链接到1位置的条目
点击next链接到2职位的条目

等等......总共42次。

没有捷径。

我仍然不明白为什么链表是不可索引的......

现在LinkedList 是可索引的，因为get(int) 操作有效。只是索引LinkedList 是低效。通常，在长度为N 的链表中执行get(i) 需要O(N) 步骤。与数组或ArrayList 相比，您可以一步检索数据结构的任何元素。我们说复杂度是O(1)。

将此与一般的 Set 对象，特别是 HashSet 进行对比。 HashSet 类不可索引，因为没有 get(int) 方法来检索位置 i 处的集合元素。事实上，即使是集合中“位置 i”的概念也是没有意义的。 Set 中元素的顺序未指定，并且（对于某些 Set 实现，例如 HashSet）它可能实际上是不确定的。

【讨论】：

再次，我的问题是，我们可以将索引与链表一起使用吗？
没有什么能阻止你这样做。除了它会慢之外。此外，我已经回答过：“LinkedList 是可索引的，因为有一个 get(int) 操作有效。”

【解决方案2】：

一些链表实现提供了一种使用索引访问它的元素的方法，但事实是，如果你想获得链表中的第 10 个元素，你的编译器仍然必须遍历从 0 到 9 的所有序列，因为元素可能分布在内存中。另一方面，当您使用索引请求数组中的第 10 个元素时，编译器会计算第 10 个元素的确切位置并直接跳转到该元素。数组和列表有不同的用途；如果您的算法需要在您的数据结构上前后移动，那么使用数组非常有效。如果您主要需要添加/删除操作，那么使用列表是有效的

【讨论】：

【解决方案3】：

使用链表，您可以随时添加和删除元素，因此索引它没有任何意义。想象一下，您创建了一个指向列表第三个元素的索引。之后，在列表的开头插入一个新元素。应该返回什么值？

但是，例如，可以在列表的中间创建一个索引，并且仅当您在列表的后半部分添加或删除元素时才使用它。

@paxdiablo 这里解释的很好Is there a known implementation of an indexed linked list?

【讨论】：

@paxdiablo 提出的二维链表实现是O(N^0.5)。这很有趣，但在实用中使用 ... 作为 Java 中的通用列表结构有限。考虑到 ArrayList 是 O(1) 并且它比任何通用链表使用更少空间。