文心一言 VS 讯飞星火 VS chatgpt （119）-- 算法导论10.3 4题
四、用go语言，我们往往希望双向链表的所有元素在存储器中保持紧凑，例如，在多数组表示中占用前m 个下标位置。(在页式虚拟存储的计算环境下，即为这种情况。)假设除指向链表本身的指针外没有其他指针指向该链表的元素，试说明如何实现过程ALLOCATE-OBIECT和 FREE-OBJECT，使得该表示保持紧凑。(提示:使用栈的数组实现。)
文心一言：
在Go语言中，我们可以使用一种称为"栈的数组"的结构来实现这种紧凑的存储。在这种表示中，数组的元素按照它们被分配的顺序存储，并且分配和释放操作都通过栈来进行，这样可以保证所有元素在存储器中保持紧凑。
首先，我们需要定义链表节点的数据结构，通常包含数据本身和指向下一个节点的指针。此外，为了便于实现，我们还需要一个栈来跟踪可用节点。
type?Node?struct?{
data?int
next?*Node
}
type?Stack?struct?{
top?*Node
len?int
}
然后我们可以实现ALLOCATE-OBJECT和FREE-OBJECT过程。在ALLOCATE-OBJECT过程中，我们首先检查栈是否为空，如果为空，我们创建一个新的节点并将其推入栈中。否则，我们从栈顶弹出一个节点并将其数据设置为所需的值。在FREE-OBJECT过程中，我们将节点推入栈中以使其可供以后重新使用。
func?ALLOCATE-OBJECT(x?int)?*Node?{
if?stack.len?==?0?{
stack.top?=?&Node{data:?x,?next:?nil}
stack.len?=?1
return?stack.top
}?else?{
node?:=?stack.top
stack.top?=?node.next
node.data?=?x
node.next?=?nil
stack.len++
return?node
}
}
func?FREE-OBJECT(node?*Node)?{
node.next?=?stack.top
stack.top?=?node
stack.len--
}
这种实现方式可以保证链表元素的存储是紧凑的，因为所有节点都存储在连续的内存位置。此外，由于我们使用栈来实现分配和释放过程，所以这些操作都是O(1)时间复杂度。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述讯飞星火：
要实现双向链表的紧凑表示，我们可以使用栈的数组来实现。首先，我们需要定义一个结构体来表示双向链表的节点，包含前驱、后继和数据。然后，我们需要实现两个函数：ALLOCATE-OBJECT 和 FREE-OBJECT。
1.?ALLOCATE-OBJECT：这个函数用于分配一个新的节点，并将其添加到链表中。为了保持紧凑表示，我们需要确保新节点的前驱和后继指针指向正确的位置。具体来说，新节点的前驱指针应该指向当前链表的最后一个节点，后继指针应该指向nullptr。同时，我们需要更新链表的尾部指针。
2.?FREE-OBJECT：这个函数用于释放一个节点，并从链表中移除它。为了保持紧凑表示，我们需要确保被释放节点的前驱和后继指针仍然指向正确的位置。具体来说，如果被释放节点是链表的第一个节点，那么我们需要将链表的头部指针更新为nullptr；否则，我们需要更新被释放节点的前驱节点的后继指针。最后，我们需要更新链表的尾部指针。
以下是用Go语言实现的代码：
package?main
import?"fmt"
type?Node?struct?{
prev?*Node
next?*Node
data?int
}
var?head?*Node
var?tail?*Node
func?AllocateObject(data?int)?*Node?{
newNode?:=?&Node{
prev:?nil,
next:?nil,
data:?data,
}
if?head?==?nil?{
head?=?newNode
tail?=?newNode
}?else?{
newNode.prev?=?tail
tail.next?=?newNode
tail?=?newNode
}
return?newNode
}
func?FreeObject(node?*Node)?{
if?node?==?head?{
head?=?node.next
}
if?node?==?tail?{
tail?=?node.prev
}
if?node.prev?!=?nil?{
node.prev.next?=?node.next
}
if?node.next?!=?nil?{
node.next.prev?=?node.prev
}
}
func?main()?{
node1?:=?AllocateObject(1)
node2?:=?AllocateObject(2)
node3?:=?AllocateObject(3)
fmt.Println("Before?freeing:")
printList()
FreeObject(node2)
fmt.Println("After?freeing:")
printList()
}
func?printList()?{
temp?:=?head
for?temp?!=?nil?{
fmt.Printf("%d?->?",?temp.data)
temp?=?temp.next
}
fmt.Println("nil")
}
在这个例子中，我们首先创建了一个双向链表，然后释放了第二个节点。在释放节点之前和之后，我们都打印了链表的内容，以验证双向链表的紧凑表示是否得到了保持。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述360智脑：
这个问题涉及到内存分配和释放，以及栈的数组实现。在Go语言中，可以使用malloc和free函数进行内存的分配和释放。但是，使用malloc和free可能会导致内存碎片，影响程序的性能。因此，可以考虑使用栈的数组来实现内存的分配和释放。
首先，需要定义一个Object类型来表示双向链表的元素。然后，可以创建一个栈来存储链表的元素。每当新的元素被添加到链表中时，将其压入栈中。当需要删除链表中的某个元素时，将其从栈中弹出。在遍历链表时，可以使用栈的出栈操作来访问链表中的元素。
下面是一个简单的示例代码：
package?main
import?"fmt"
type?Object?struct?{
val?int
}
func?AllocateObject()?*Object?{
//?分配内存空间
}
func?FreeObject(obj?*Object)?{
//?释放内存空间
}
func?AddObject(head?*Object,?val?int)?{
//?将新元素压入栈中
stack?:=?&Object{}
*stack?=?*head
(*stack).val?=?val
(*stack).next?=?head
head?=?*stack
}
func?DelObject(head?*Object,?val?int)?{
//?将元素从栈中弹出并替换链表中对应的元素
stack?:=?&Object{}
*stack?=?*head
if?*stack.val?==?val?{
(*stack).val?=?(*stack).next.val
(*stack).next?=?(*stack).next.next
head?=?*stack
}?else?{
for?*stack.val?!=?val?{
stack?=?stack.next
}
}
}
func?ShowObject(head?*Object)?{
//?遍历链表并输出元素值
for?head?!=?nil?{
fmt.Println(head.val)
head?=?head.next
}
}
func?main()?{
head?:=?&Object{val:?0}
AddObject(head,?1)
AddObject(head,?2)
AddObject(head,?3)
AddObject(head,?4)
AddObject(head,?5)
DelObject(head,?2)
ShowObject(head)
}
在这个示例中，AllocateObject函数用于分配内存空间，FreeObject函数用于释放内存空间，AddObject函数用于将新元素压入栈中，DelObject函数用于将元素从栈中弹出并替换链表中对应的元素，ShowObject函数用于遍历链表并输出元素值。这些函数的具体实现取决于具体的应用场景和要求。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述智谱清言：
在 Go 语言中，我们可以使用栈数组来实现紧凑存储的双向链表。首先，我们需要定义一个结构体来表示链表的节点，包含指向前后节点的指针以及需要存储的对象本身。接着，我们实现 ALLOCATE-OBJECT 和 FREE-OBJECT 过程，分别用于创建和释放链表节点。
以下是一种可能的实现方式：
package?main
import?"fmt"
type?Node?struct?{
Data????interface{}
Next????*Node
Prev????*Node
FreeNext?*Node
}
func?AllocateObject(stack?[]*Node,?size?int)?*Node?{
if?len(stack)?
stack?=?append(stack,?nil)
}
node?:=?stack[size]
node.Next?=?stack[size-1]
node.Prev?=?nil
node.FreeNext?=?nil
if?node.Next?!=?nil?{
node.Next.Prev?=?node
}
return?node
}
func?FreeObject(stack?[]*Node,?node?*Node)?{
if?node.Prev?!=?nil?{
node.Prev.Next?=?node.Next
}?else?{
stack?=?stack[:len(stack)-1]
}
if?node.Next?!=?nil?{
node.Next.Prev?=?nil
}
}
func?main()?{
stack?:=?make([]*Node,?0,?10)
node1?:=?AllocateObject(stack,?10)
node2?:=?AllocateObject(stack,?20)
node3?:=?AllocateObject(stack,?30)
fmt.Println("链表节点：",?node1,?node2,?node3)
FreeObject(stack,?node2)
fmt.Println("链表节点：",?node1,?node3)
}
在这个例子中，我们使用栈数组来存储链表的节点。当需要创建新的节点时，我们使用 AllocateObject 函数，将新节点插入到栈顶。当需要释放节点时，我们使用 FreeObject 函数，将节点从栈中移除。这样，链表的元素在存储器中保持紧凑。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述通义千问：
在这个问题中，我们可以使用栈的数组来实现双向链表的分配和释放。首先，我们需要定义一个双向链表节点的数据结构：
type?Node?struct?{
Next?*Node
Prev?*Node
Data?int
}
然后，我们可以定义一个栈的数组来存储双向链表的节点：
var?stack?[N]Node
其中，N是我们希望存储的节点的最大数量。
在ALLOCATE-OBJECT函数中，我们需要分配一个新的节点。首先，我们需要检查栈是否已满。如果已满，我们就返回一个错误。否则，我们就从栈顶弹出一个节点，然后将其数据字段设置为新的值，最后返回这个节点。
func?ALLOCATE-OBJECT(value?int)?*Node?{
if?len(stack)?==?N?{
return?nil
}
top?:=?&stack[len(stack)-1]
top.Data?=?value
return?top
}
在FREE-OBJECT函数中，我们需要释放一个节点。首先，我们需要找到这个节点，然后将其从栈中删除。如果这个节点没有前驱节点，我们就将栈顶节点的前驱指针设置为nil。如果这个节点没有后继节点，我们就将栈顶节点的后继指针设置为nil。
func?FREE-OBJECT(node?*Node)?{
if?node.Prev?!=?nil?{
node.Prev.Next?=?nil
}?else?{
stack[len(stack)-1].Next?=?nil
}
if?node.Next?!=?nil?{
node.Next.Prev?=?nil
}?else?{
stack[len(stack)-1].Prev?=?nil
}
stack[len(stack)-1]?=?*node
}
这样，我们就可以通过栈的数组实现双向链表的分配和释放，并保持链表的所有元素在存储器中保持紧凑。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述天工：
在实现双向链表时，我们可以使用一个栈的数组来实现元素的存储和管理。栈的数组可以通过下标来访问元素，因此可以很好地保持元素在存储器中的紧凑表示。
具体来说，我们可以将每个元素表示为一个包含以下字段的结构体：
??value：元素的值
??prev：指向前一个元素的指针
??next：指向后一个元素的指针
我们可以使用一个大小为n的栈的数组来存储这些元素，其中n是链表的长度。栈的数组的下标范围为[1, n]，因为下标0用于表示链表的头部。
在实现ALLOCATE-OBJECT过程时，我们可以按照以下步骤进行：
1.检查栈的数组是否已满。如果已满，则返回一个错误。
2.分配一个新元素的空间，并将其初始化为一个新的双向链表节点。
3.将新节点的prev和next指针设置为相应的NULL值。
4.将新节点的值设置为输入参数value。
5.将新节点的下标设置为栈的数组的最后一个下标+1。
6.将新节点的prev指针设置为栈的数组中最后一个元素的next指针。
7.将新节点的next指针设置为NULL。
8.将栈的数组中最后一个元素的next指针设置为新节点。
9.返回新节点的下标。
在实现FREE-OBJECT过程时，我们可以按照以下步骤进行：
1.检查输入参数是否为NULL。如果是，则返回一个错误。
2.检查输入参数的下标是否在栈的数组的范围内。如果不是，则返回一个错误。
3.获取输入参数的前一个节点的指针prev和后一个节点的指针next。
4.将输入参数的prev指针设置为NULL，将输入参数的next指针设置为NULL。
5.将栈的数组中输入参数的下标处的元素的prev指针设置为输入参数的next指针。
6.将栈的数组中输入参数的下标处的元素的next指针设置为输入参数的prev指针。
7.返回输入参数的下标。
通过这种方式，我们可以在保持元素紧凑表示的同时，实现双向链表的所有操作。
在这里插入图片描述在这里插入图片描述chatgpt：
要实现双向链表的紧凑存储，可以使用栈的数组实现。下面是ALLOCATE-OBJECT和FREE-OBJECT的示例实现：
type?ListNode?struct?{
prev,?next?int?//?存储前驱和后继节点在数组中的索引位置
//?其他数据字段
}
type?CompactLinkedList?struct?{
stack?[]int?//?空闲节点的索引栈
nodes?[]ListNode?//?双向链表节点数组
head,?tail?int?//?头尾指针，记录链表头尾节点在数组中的索引位置
}
func?NewCompactLinkedList(capacity?int)?*CompactLinkedList?{
ll?:=?&CompactLinkedList{
stack:?make([]int,?0),
nodes:?make([]ListNode,?capacity),
head:??-1,
tail:??-1,
}
for?i?:=?capacity?-?1;?i?>=?0;?i--?{
ll.stack?=?append(ll.stack,?i)
}
return?ll
}
func?(ll?*CompactLinkedList)?ALLOCATE_OBJECT()?(*ListNode,?bool)?{
if?len(ll.stack)?==?0?{
return?nil,?false?//?栈空，无法分配新节点
}
index?:=?ll.stack[len(ll.stack)-1]?//?弹出栈顶元素作为新节点索引
if?ll.head?==?-1?&&?ll.tail?==?-1?{?//?链表为空时，更新头尾指针
ll.head?=?index
ll.tail?=?index
}?else?{?//?链表非空时，更新原尾节点和新节点之间的链接关系
ll.nodes[ll.tail].next?=?index
ll.nodes[index].prev?=?ll.tail
ll.tail?=?index
}
ll.stack?=?ll.stack[:len(ll.stack)-1]?//?弹出栈顶元素
return?&ll.nodes[index],?true
}
func?(ll?*CompactLinkedList)?FREE_OBJECT(node?*ListNode)?bool?{
if?node?==?nil?{
return?false?//?节点为空，无法释放
}
index?:=?node.prev?//?获取节点在数组中的索引位置
if?node.prev?==?-1?&&?node.next?==?-1?{?//?节点为链表唯一节点时，更新头尾指针
ll.head?=?-1
ll.tail?=?-1
}?else?if?node.prev?==?-1?{?//?节点为头节点时，更新头指针和原下一个节点的前驱指针为-1
nextIndex?:=?node.next
ll.head?=?nextIndex
ll.nodes[nextIndex].prev?=?-1
}?else?if?node.next?==?-1?{?//?节点为尾节点时，更新尾指针和原前驱节点的后继指针为-1
prevIndex?:=?node.prev
ll.tail?=?prevIndex
ll.nodes[prevIndex].next?=?-1
}?else?{?//?节点位于链表中间时，更新原前驱节点和后继节点之间的链接关系
prevIndex?:=?node.prev
nextIndex?:=?node.next
ll.nodes[prevIndex].next=nextIndex;
ll.nodes[nextIndex].prev=prevIndex;
}
ll.stack?=?append(ll.stack,?index)?//?将释放的节点索引入栈
return?true
}
以上是一个基于栈的数组实现的紧凑双向链表。通过ALLOCATE_OBJECT方法可以分配新节点，FREE_OBJECT方法可以释放节点。该实现将所有元素存储在紧凑的连续内存中，并使用栈来管理空闲节点。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
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