Chào mừng đến với bài học về mảng và danh sách liên kết. Trong bài học này, chúng ta sẽ học hai cách đơn giản để lưu trữ và sắp xếp dữ liệu. Hãy tưởng tượng bạn có một dãy hộp đựng đồ chơi hoặc một dãy tủ đựng đồ ở trường. Mảng và danh sách liên kết hoạt động theo cách tương tự. Chúng giúp chúng ta giữ mọi thứ gọn gàng và dễ tìm. Bài học này được viết bằng ngôn ngữ đơn giản với các ví dụ hàng ngày để giúp bạn hiểu những ý tưởng này một cách dễ dàng.
Cấu trúc dữ liệu giúp máy tính lưu trữ và sắp xếp thông tin. Hai cấu trúc dữ liệu quan trọng là mảng và danh sách liên kết. Bạn có thể nghĩ về mảng như một hàng hộp và danh sách liên kết như một chuỗi các manh mối được kết nối trong cuộc săn tìm kho báu. Cả hai đều giúp chúng ta theo dõi nhiều mặt hàng, như đồ chơi, sách hoặc thậm chí là đồ ăn nhẹ yêu thích của bạn.
Chúng ta sẽ nói về mảng là gì, danh sách liên kết là gì, chúng hoạt động như thế nào và chúng khác nhau ra sao. Chúng ta cũng sẽ xem các ví dụ thực tế giúp làm rõ những ý tưởng này nhất có thể.
Mảng chỉ là một tập hợp các mục. Nó giống như một dãy hộp, mỗi hộp chứa một mục. Ví dụ, hãy tưởng tượng một bộ năm hộp được xếp thành một hàng. Bạn có thể sử dụng mỗi hộp để lưu trữ một món đồ chơi yêu thích hoặc một món ăn nhẹ.
Mỗi ô trong một mảng có một số gọi là chỉ số. Ô đầu tiên thường được đánh số 0, ô tiếp theo là 1, sau đó là 2, v.v. Việc đánh số này giúp bạn nhanh chóng tìm thấy một mục cụ thể. Ví dụ, nếu bạn muốn mục trong ô thứ ba, bạn chỉ cần nhìn vào ô có chỉ số 2.
Sau đây là một công thức đơn giản để giải thích cách chúng ta có thể tìm một mục trong một mảng. Nếu hộp đầu tiên ở điểm bắt đầu, thì địa chỉ của bất kỳ mục nào có thể được coi là:
\( \textrm{Địa chỉ}(A(i)) = \textrm{Địa chỉ}(A(0)) + i \times \textrm{(kích thước của một mục)} \)
Điều này cho chúng ta biết rằng để di chuyển từ ô đầu tiên đến ô chúng ta muốn, bạn phải đếm về phía trước một số ô nhất định.
Hãy nghĩ về một mảng như những chiếc ghế trong một rạp chiếu phim nhỏ. Mỗi ghế có một số và bạn có thể nhanh chóng đến chỗ ngồi của mình nếu bạn biết số ghế.
Hãy tưởng tượng trường học của bạn có một dãy tủ đựng đồ, mỗi tủ có một số duy nhất. Khi bạn để cặp vào tủ, bạn sử dụng số cụ thể trên tủ. Trong một mảng, mỗi tủ giống như một hộp và số đó cho bạn biết vị trí chính xác nơi cặp hoặc dữ liệu của bạn được cất giữ.
Danh sách liên kết là một cách khác để lưu trữ các mục. Nó khác với mảng vì nó không sử dụng một hàng dài các hộp cố định. Thay vào đó, nó sử dụng các hộp đặc biệt gọi là nút. Mỗi nút chứa một mục và cũng có một con trỏ cho bạn biết nút tiếp theo ở đâu.
Hãy tưởng tượng bạn đang đi săn kho báu. Mỗi manh mối bạn tìm thấy sẽ cho bạn biết manh mối tiếp theo được giấu ở đâu. Trong danh sách được liên kết, mỗi nút giống như một trong những manh mối này. Khi bạn bắt đầu ở manh mối đầu tiên, bạn theo con trỏ từ nút này sang nút tiếp theo cho đến khi bạn tìm thấy thứ mình cần.
Bạn có thể nghĩ về mỗi nút như một phong bì nhỏ. Phong bì mang theo một thẻ (dữ liệu) và một ghi chú (con trỏ). Ghi chú này cho bạn biết phong bì nào sẽ đến tiếp theo trong dòng.
Chúng ta hãy xem một cách đơn giản để viết một nút là gì:
Nút = {dữ liệu, con trỏ)
"Dữ liệu" trong một nút là thông tin được lưu trữ và "con trỏ" giống như một mũi tên hướng dẫn bạn đến nút tiếp theo. Không giống như một mảng, danh sách được liên kết không yêu cầu tất cả các nút phải nằm cạnh nhau trong bộ nhớ; chúng có thể ở bất kỳ đâu, miễn là các con trỏ kết nối chúng.
Có nhiều kiểu danh sách liên kết khác nhau. Sau đây là ba loại phổ biến:
Hãy tưởng tượng bạn đang theo dõi một bản đồ kho báu. Mỗi bước trên bản đồ sẽ cho bạn biết bước tiếp theo ở đâu. Ngay cả khi bạn thêm một manh mối hoặc xóa một manh mối, bạn vẫn có thể theo dõi bằng cách đọc manh mối trên mỗi thẻ. Đây là cách danh sách liên kết hoạt động. Mỗi nút (hoặc manh mối) được kết nối với nút tiếp theo, cho phép bạn di chuyển qua danh sách từng bước một.
Mảng và danh sách liên kết đều giúp chúng ta lưu trữ các mục, nhưng chúng thực hiện theo những cách khác nhau. Sau đây là một số so sánh:
Mỗi cấu trúc dữ liệu đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Hiểu được những điều này sẽ giúp bạn chọn được cấu trúc tốt nhất để sử dụng.
Mảng:
Thuận lợi:
Nhược điểm:
Danh sách liên kết:
Thuận lợi:
Nhược điểm:
Hãy xem cách chúng ta có thể sử dụng một mảng theo cách đơn giản. Giả sử bạn muốn lưu trữ năm màu yêu thích của mình. Bạn tạo một mảng với năm hộp. Sau đó, bạn đặt từng màu vào một hộp theo thứ tự. Ví dụ:
Bây giờ, nếu bạn muốn biết màu nào có trong Hộp 2, bạn chỉ cần nhìn vào hộp đó và bạn sẽ thấy "Xanh lá cây". Tính năng dễ sử dụng này là một trong những phần tốt nhất khi sử dụng mảng.
Bây giờ, hãy xem danh sách liên kết. Hãy nghĩ về điều này như một cuộc săn tìm kho báu, nơi bạn bắt đầu bằng một manh mối và sau đó làm theo hướng dẫn để tìm ra manh mối tiếp theo. Trong danh sách liên kết, chúng ta bắt đầu bằng một nút chứa một số dữ liệu. Nút này có một con trỏ cho biết nút nào sẽ đến tiếp theo.
Ví dụ, hãy tưởng tượng bạn có ba nút trong danh sách được liên kết để kể một câu chuyện thú vị:
Bạn bắt đầu tại Node 1 và theo con trỏ (manh mối) đến Node 2, rồi đến Node 3. Ngay cả khi bạn muốn thêm một manh mối mới giữa bất kỳ cái nào trong số này, bạn chỉ cần thay đổi một vài con trỏ. Điều này làm cho danh sách liên kết rất linh hoạt.
Sẽ rất hữu ích nếu bạn hình dung những cấu trúc dữ liệu này trong đầu. Hãy hình dung một mảng như một hàng dài các hộp trong suốt, có nhãn trên một giá. Mỗi hộp chứa một thứ gì đó và có một vị trí cố định. Bây giờ, hãy hình dung một danh sách được liên kết như một chuỗi các thẻ. Mỗi thẻ có một ghi chú chỉ ra nơi thẻ tiếp theo được giấu. Trong một mảng, bạn có thể nhảy trực tiếp đến một hộp cụ thể theo số của nó. Trong một danh sách được liên kết, bạn cần theo dõi các thẻ theo thứ tự.
Mảng được sử dụng trong nhiều thứ hàng ngày. Ví dụ, hãy tưởng tượng một cuốn lịch. Một cuốn lịch có số ngày cố định trong mỗi tuần và những ngày đó được sắp xếp theo hàng. Khi bạn nhìn vào lịch, bạn biết chính xác ngày nào ở vị trí nào.
Danh sách liên kết được sử dụng khi số lượng mục có thể thay đổi theo thời gian. Hãy nghĩ đến một hàng người đang xếp hàng tại một xe bán kem. Đôi khi có người mới tham gia vào hàng, và đôi khi có người rời đi. Hàng người có thể dài ra hoặc ngắn lại mà không cần phải tạo ra một cấu trúc cố định mới. Điều này làm cho danh sách liên kết rất hữu ích trong các tình huống mà mọi thứ thường xuyên thay đổi.
Việc lựa chọn giữa mảng và danh sách liên kết phụ thuộc vào những gì bạn cần làm với dữ liệu của mình. Nếu bạn biết mình sẽ luôn có một số lượng mục cố định—như các ngày trong tuần—thì mảng rất phù hợp. Tuy nhiên, nếu lượng dữ liệu thay đổi và bạn cần một cấu trúc có thể dễ dàng thích ứng, thì danh sách liên kết sẽ là lựa chọn tốt hơn.
Ví dụ, trong trò chơi máy tính, một mảng có thể được sử dụng để lưu trữ điểm số cho mỗi cấp độ vì số lượng cấp độ là cố định. Mặt khác, một danh sách liên kết có thể được sử dụng để quản lý danh sách các hành động hoặc di chuyển của người chơi, có thể tăng lên khi trò chơi tiếp tục.
Khi bạn cần truy cập nhanh vào các mục theo vị trí của chúng, mảng là lựa chọn tốt nhất. Điều này là do bạn có thể nhảy trực tiếp đến bất kỳ vị trí nào nếu bạn biết số của vị trí đó. Tuy nhiên, khi bạn cần thường xuyên thêm hoặc xóa các mục, danh sách liên kết hữu ích hơn vì chúng cho phép bạn thay đổi danh sách mà không cần di chuyển nhiều mục xung quanh.
Hãy nghĩ theo cách này: nếu bạn có một album nhãn dán với một số trang nhất định, một mảng giống như album đó. Nhưng nếu bạn có một bộ sưu tập bưu thiếp ngày càng tăng mà bạn thêm vào bảng tin, một danh sách được liên kết giống như vậy hơn vì bạn có thể dễ dàng thêm một bưu thiếp mới vào giữa những bưu thiếp khác mà không cần sắp xếp lại toàn bộ bảng.
Chúng ta hãy cùng xem lại những điểm chính của bài học:
Mảng:
Danh sách liên kết:
Sự khác biệt và cách sử dụng:
Tóm lại, mảng và danh sách liên kết là hai cấu trúc dữ liệu quan trọng được sử dụng để sắp xếp dữ liệu. Mảng hoạt động như một hàng các hộp cố định được đánh số, trong khi danh sách liên kết hoạt động như một cuộc săn tìm kho báu, trong đó mỗi bước cho bạn biết nơi để đi tiếp theo. Cả hai phương pháp đều có điểm mạnh riêng và được sử dụng trong các tình huống khác nhau dựa trên nhu cầu của nhiệm vụ.
Hiểu được hai phương pháp lưu trữ dữ liệu này rất hữu ích. Nhiều chương trình máy tính, trò chơi và ứng dụng sử dụng mảng và danh sách liên kết trong nền. Bằng cách tìm hiểu cách chúng hoạt động, bạn sẽ hiểu sâu hơn về cách máy tính tổ chức và quản lý dữ liệu.
Hãy nhớ rằng: mảng đơn giản và nhanh khi cấu trúc cố định, trong khi danh sách liên kết cung cấp tính linh hoạt khi dữ liệu thay đổi. Cho dù bạn tưởng tượng một dãy tủ khóa hay một kho báu chứa đầy manh mối, những khái niệm này giúp chúng ta hiểu được cách thông tin được lưu trữ và sử dụng hàng ngày.
Bài học này đã cung cấp cho bạn ý tưởng rõ ràng về mảng và danh sách liên kết là gì. Khi bạn tiếp tục tìm hiểu và khám phá khoa học máy tính, những ý tưởng cơ bản này sẽ giúp bạn hiểu các chủ đề phức tạp hơn. Chúng là những khối xây dựng của các cấu trúc dữ liệu và thuật toán tiên tiến hơn.
Tóm tắt các điểm chính:
Cảm ơn bạn đã đọc bài học này về mảng và danh sách liên kết. Chúng tôi hy vọng bạn thích tìm hiểu về các phương pháp lưu trữ dữ liệu theo cách rõ ràng và đơn giản này. Khi bạn phát triển và tìm hiểu thêm, hãy nhớ những cấu trúc cơ bản này và cách chúng giúp máy tính hoạt động hiệu quả.
