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