アルゴリズムとデータ構造

第 13 回線形リスト

線形リスト リスト

データが順序付けて並べられたデータ構造最も単純なもの：線形リスト、連結リスト

単連結リスト、単方向リスト、一方向リストともノード（要素）

線形リスト上の個々のデータ 最初のノードは先頭ノード、最後のノードは末尾ノード 1 つ前のノードは先行ノード、 1 つ後のノードは後続ノ

ード

線形リスト 線形リストの実現（配列版）

実現方法 用意した配列の先頭からデータを順次格納 後続ノードへの着目は添え字をインクリメント

問題点 データを挿入・削除する際、配列内の要素ブロック

を移動する必要あり あらかじめ用意した配列の要素数以上のデータは格

納できない

ポインタによる線形リスト 実現方法

本来のデータと、次のノードを示すポインタを用意

自分自身と同じ構造体型を指すポインタを含む構造体：自己参照構造体

データが追加される時点で動的にデータ格納用構造体を確保

確保した構造体を、次のノードを示すポインタで指す

ポインタによる線形リスト 自己参照構造体によるノードtypedef struct __node {

Menber data; /* データを格納する構造体 */

struct __node *next; /* 後続ノードへのポインタ */

} Node;

・ 後続ノードがない場合、 next は NULL

ポインタによる線形リスト List 型構造体typedef struct {

Node *head; /* 先頭ノードへのポインタ */

Node *crnt; /* 現在着目中のノードへのポインタ */

} List;

・ head は必須、データがない場合 NULL

・ crnt は便宜上用意、なくてもよい

ポインタによる線形リスト ノードの探索

線形探索でデータを探索 先頭ノードから目的値を持つノードを探索 探索すべき値と等しい要素を持つノードを見つけた

ら探索成功 探索すべき値が見つからず末尾までいったら探索失

敗

ポインタによる線形リスト ノードの探索

A

・N

・H

B

・N

C

・N

D

・N

E

・N

C を探索： G 成功失敗

ポインタによる線形リスト 先頭へのノードの挿入

新規ノードを生成後、ポインタの付け替え1. 現先頭ノードのポインタを保存2. 新規ノードを先頭ノードへ3. 新規ノードの後続ノードを、保存してあったポイ

ンタで置き換え

ポインタによる線形リスト 先頭へのノードの挿入

A

・N

・H

B

・N

C

・N

D

・N

E

・N

G

・N ・P

ポインタによる線形リスト 末尾へのノードの挿入

新規ノードを生成後、ポインタの付け替え1. head が NULL （データなし）なら先頭にノード挿

入2. head から、後続ノード（ next ）がない

（ NULL ）ノードまで探索3. 新規ノードを生成し、探索したノードの後続ノー

ドに接続

ポインタによる線形リスト 末尾へのノードの挿入

A

・N

・H

B

・N

C

・N

D

・N

E

・N

G

・N・P

ポインタによる線形リスト 先頭ノードの削除

先頭ノードを、先頭の後続ノードへ1. 現先頭ノードの後続ノードへのポインタを保存2. 先頭ノードを削除3. 保存してあったポインタを先頭ノードとして置き

換え

ポインタによる線形リスト 先頭ノードの削除

A

・N

・H

B

・N

C

・N

D

・N

E

・N

・P

ポインタによる線形リスト 末尾ノードの削除

末尾ノードの先行ノードに、後続ノードがない状態に1. ノードが 1 つだけなら先頭ノードの削除処理2. 末尾から 2 番目のノードを探索3. 末尾ノードを削除4. 末尾から 2 番目の後続ノード（ next ）をなし

（ NULL ）に更新

ポインタによる線形リスト 末尾ノードの削除

A

・N

・H

B

・N

C

・N

D

・N

E

・N

・Ptr・Pre

ポインタによる線形リスト 着目ノードの削除

着目ノードの先行ノードの後続ノードを、着目ノードの後続ノードに付け替え1. ノードが 1 つだけなら先頭ノードの削除処理2. 着目ノードの先行ノードを探索3. 探索したノードの後続ノードを着目ノードの後続

ノードに更新4. 着目ノードを削除

ポインタによる線形リスト 着目ノードの削除

A

・N

・H

B

・N

C

・N

D

・N

E

・N

・Ptr

ポインタによる線形リスト 全ノードの削除

線形リストが空になるまで先頭要素の削除の繰り返し

全ノードの表示先頭ノードから順に内容表示後続ノードがなくなったら終了

カーソルによる線形リスト 実現方法

配列を利用し、後続ノードが格納されている配列内の位置（添え字）を記憶：カーソル

カーソルを追うことで後続ノードをたどる カーソルが -1 になったら後続ノードなし

要素の追加や削除に伴う配列要素の移動不要 カーソルを付け替えることで追加や削除を実現

カーソルによる線形リスト カーソルによる線形リストの実現

A

・N

B

・N

C

・N

D

・N

E

・N

A BC DE

-1 4 03 2

0 1 2 3 4 5 6 7

カーソルによる線形リスト 配列内の空き要素

削除に伴う問題点 要素の削除があると、その部分の配列要素は未使

用 頻繁に削除が行われると配列がスカスカに

カーソルによる線形リスト 削除に伴う問題点

A

・N

B

・N

C

・N

D

・N

E

・N

A BC DE

-1 4 03 2

0 1 2 3 4 5 6 7

33

カーソルによる線形リスト フリーリスト

削除に伴い配列がスカスカになるのを防止削除が行われた際、削除された要素の添え字

を線形リストで管理：フリーリスト フリーリスト用の先頭ノードを用意（ deleted ） 各ノードに、フリーリスト上の後続ノードも持た

せる（ Dnext ）挿入の際、フリーリストから使用

カーソルによる線形リスト フリーリスト

B CEA D

46 0 -1 7

0 1 2 3 4 5 6 7

5 1 -1n

Dn

G

2h

3Dh

G

-1 3

1

4

7

1

データの挿入データの削除

循環・重連結リスト 循環リスト

線形リストの末尾ノードが先頭ノードを指すリスト

重連結（双方向）リスト後続ノードへのポインタだけでなく、先行ノード

へのポインタも備えたリスト 循環・重連結リスト

循環リストと重連結リストの両方を併せ持つリスト

循環・重連結リスト 循環・重連結リストの実現

実現方法 本来のデータと、先行ノード、後続ノードを示す 2

つのポインタを備えたノードを用意リストの初期化

データがなくてもダミーとして 1 つノードを作成 ノードの追加や削除を円滑に行うため

循環・重連結リスト 循環・重連結リストの実現

ノードの探索 線形探索でデータを探索

ダミーノードの次のノードから目的値を持つノードを探索 探索すべき値と等しい要素を持つノードを見つけたら探索

成功 探索すべき値が見つからずダミーノードまで戻ったら探索

失敗

循環・重連結リスト 循環・重連結リストの実現ノードの探索

（ダミー）・N

・H

A

・N

B

・N

C

・N

D

・N

B を探索： G 成功失敗

・ P ・ P ・ P ・ P ・ P

循環・重連結リスト 循環・重連結リストの実現

ノードの挿入 新規ノードと、挿入すべき前後のノードでポインタ

の付け替え（ 4 つ）先頭へのノードの挿入

ダミーノードの直後へノードを挿入末尾へのノードの挿入

ダミーノードの直前へノードを挿入

循環・重連結リスト 循環・重連結リストの実現ノードの挿入

A

・N

B

・N

C

・N

・ P ・ P ・ P

G

・N

・ P

循環・重連結リスト 循環・重連結リストの実現

ノードの削除 削除するノードの記憶域を開放し、前後のポインタ

を適宜付け替え先頭ノードの削除

ダミーノードの直後のノードを削除末尾ノードの削除

ダミーノードの直前のノードを削除

循環・重連結リスト 循環・重連結リストの実現ノードの削除

A

・N

B

・N

C

・N

・ P ・ P ・ P