Verkettete Listen

Du vertiefst dein Wissen im Fachbereich Informatik und möchtest mehr über verkettete Listen erfahren? Dieser Artikel bietet umfassendes Wissen zu Definition und Funktionsweise von verketteten Listen. Er umfasst ferner sowohl einfache als auch doppelt verkettete Listen und deren Anwendung in der Praxis. Der Artikel endet mit einer detaillierten Einführung in die Programmiersprachen Java und C zum Thema verkettete Listen. So wirst du schnell zum Experten in Sachen verkettete Listen.

Verstehen der verketteten Listen: Definition und Funktionsweise

Eine verkettete Liste ist eine dynamische, d. h. ihre Größe ändert sich im Laufe der Ausführung eines Computerprogramms. Da die Knoten der Liste nicht notwendigerweise nebeneinander im Speicher liegen, können sie flexibel verschoben und neu angeordnet werden.

Die Knoten einer verketteten Liste haben typischerweise zwei Felder: Eines für die Daten und eines für den Verweis auf den folgenden Knoten. Im Fall einer doppelt verketteten Liste gibt es sogar einen weiteren Verweis auf den vorherigen Knoten.

• Die Daten können jeglichen informatischen Wert bzw. Typ beinhalten, wie beispielsweise Zahlen, Strings oder auch komplexere Datenstrukturen.
• Der Verweis enthält die Speicheradresse auf den folgenden bzw. vorherigen Knoten. Im Fall des letzten Knotens einer einfach verketteten Liste zeigt dieser Verweis ins Leere, oft dargestellt als Null oder None in modernen Programmiersprachen.

Verkettete Listen einfach erklärt: Einführung und Grundlagen

Jeder Knoten in einer verketteten Liste ist im Grunde ein einfacher Graph mit einem Zeiger auf seinen Nachfolger. Diese Zeiger bilden die Kanten, und die Daten in den Knoten sind die Eckpunkte des Graphen.

Verkettete Listen Beispiele: Praktische Anwendungen

Verkettete Listen finden in vielen Bereichen Anwendung, weil sie leichte Insertion und Deletion von Elementen ermöglichen und keine feste Größenbegrenzung haben. Hier sind einige Beispiele:

• Bildverarbeitung: Bilder können als verkettete Liste von Pixeln gespeichert werden. Dies ermöglicht eine effiziente Bearbeitung einzelner Pixel.
• Texteditor: In Texteditoren kann jeder Buchstabe als Knoten in einer verketteten Liste gespeichert werden. So können Buchstaben leicht eingefügt und gelöscht werden.
• Speicherverwaltung: In Betriebssystemen kann ein Bereich des Speichers als verkettete Liste verwaltet werden. So können Speicherzellen flexibel zugewiesen und freigegeben werden.

Verkettete Listen Beispielcode: Implementierungen in der Praxis

class Node:
    def __init__(self, data = None):
        self.data = data
        self.next = None

class LinkedList:
    def __init__(self):
        self.head = Node()
  
    def append(self, data):
        new_node = Node(data)
        cur = self.head
        while cur.next != None:
            cur = cur.next
        cur.next = new_node

Arten von verketteten Listen: Einfach vs Doppelt

Von verketteten Listen gibt es grundsätzlich zwei Arten: Einfach und doppelt verkettete Listen. Beide haben ihre speziellen Eigenschaften, Vor- und Nachteile und eignen sich daher für verschiedene Aufgaben und Anforderungen. Während einfache Listen eine Verbindung in eine Richtung aufweisen (vorwärts durch die Liste), stellen doppelt verkettete Listen eine Verbindung in beide Richtungen her (vorwärts und rückwärts durch die Liste). Dies bietet eine größere Flexibilität, erhöht aber auch die Komplexität der Datenstruktur.

Einfach verkettete Liste: Definition und Funktionsweise

In einer einfach verketteten Liste beginnen die Zeiger immer an einem bestimmten Punkt, dem Kopf der Liste, und führen dann durch jeden Knoten bis zum Ende der Liste. Die Daten in den Knoten können jeglichen Typ haben und sind unabhängig von den Zeigern.

Die Hauptvorteile einer einfach verketteten Liste sind ihre einfache Implementierung und die Fähigkeit, Elemente mit geringem Aufwand einzufügen und zu löschen. Allerdings hat sie auch Nachteile. So kann nur in einer Richtung durch die Liste navigiert werden und der Zugriff auf ein bestimmtes Element kann zeitaufwändig sein, da möglicherweise die gesamte Liste durchlaufen werden muss.

Einfach verkettete Liste Beispiele: Anwendung und Nutzung

Doppelt verkettete Liste: Definition und Funktionsweise

Das Durchlaufen einer doppelt verketteten Liste kann in beiden Richtungen erfolgen, und das Löschen eines Knotens ist einfacher als in einer einfach verketteten Liste, da man nicht den Vorgängerknoten finden muss. Dies sind deutliche Vorteile gegenüber einer einfach verketteten Liste. Der offensichtliche Nachteil ist, dass sie mehr Speicher benötigen, da zusätzliche Zeiger gespeichert werden müssen. Außerdem ist die Implementierung komplizierter und fehleranfälliger.

Doppelt verkettete Liste Beispiele: Anwendung und Nutzung

Programmierung von verketteten Listen: Java und C

In der Informatik kommt es oft darauf an, eine Datenstruktur in einer bestimmten Programmiersprache zu implementieren. Verkettete Listen sind keine Ausnahme. Obwohl die grundlegenden Konzepte für alle Programmiersprachen gleich sind, gibt es oft feine Unterschiede in der genauen Implementierung. Hier betrachten wir zwei populäre Programmiersprachen: Java und C. Beide Sprachen bieten robuste Werkzeuge und Funktionen zur Arbeit mit verketteten Listen.

Verkettete Liste Java: Einführung und Beispielcode

Die Verwendung der LinkedList-Klasse ist einfach und erfordert oft nur wenige Zeilen Code. Um eine neue leere verkettete Liste zu erzeugen, verwendet man einfach den Standardkonstruktor:

LinkedList list = new LinkedList();

Um Elemente hinzuzufügen, stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Die häufigste ist die add()-Methode, die ein Element am Ende der Liste hinzufügt:

list.add("Element");

Verkettete Liste C: Einführung und Beispielcode

Ein Knoten in einer verketteten Liste wird in C als eine Struktur definiert. Diese Struktur enthält eine Variable, die die Daten speichert, und einen Zeiger auf die Struktur für den nächsten Knoten in der Liste. Zum Beispiel könnte eine Struktur für einen Knoten einer einfach verketteten Liste, die eine Zahl speichert, folgendermaßen aussehen:

struct Node {
    int data; 
    struct Node* next; 
};

War die Struktur einmal definiert, können Knoten erzeugt und verkettet werden, indem der nächste Zeiger auf die Adresse des nächsten Knotens zeigt. Um Elemente hinzuzufügen oder zu entfernen, muss man die Zeiger entsprechend anpassen. Auch wenn dies mehr Code-Mühe als in Java erfordert, ermöglicht es eine tiefe Kontrolle über den Speicher.