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Author: LEEHYUNDONG

CS/DataStructure/ArrayVSLinkedList.md

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+# Array and LinkedList
+
+> Array
+
+> Array vs List
+
+> LinkedList
+
+## Array
+
+순차적으로 데이터를 저장하는 자료 구조
+
+- 주로 서로 연결된 데이터들을 순차적으로 저장할 때 사용
+- 삽입 순서대로 저장 (새로 삽입되는 요소는 배열의 맨 끝에 위치)
+- 이미 생성된 것도 수정 가능(mutable)
+- 동일한 값 여러번 삽입 가능
+- 다중차원 배열(Multi-dimentional Array): 배열 안에 배열이 들어올 수 있음
+- **고정된 크기**를 갖는 **같은 자료형**의 원소들이 **연속적인** 형태로 구성된 자료구조
+
+> `순차적 자료구조(Sequential Data Structure)`: 데이터들이 순차적으로 메모리에 저장되어 있는 구조
+
+## Array 특징
+
+![Untitled](img/ArrayVSLinkedList/array-1.png)
+
+1. `인덱스(index)`로 해당 원소에 접근할 수 있다.
+2. 추가적으로 소모되는 메모리 양(overhead)이 거의 없다.
+3. `Cache hit rate`가 높다.
+4. 배열을 생성하려면 메모리 상에 연속한 구간을 할당해야해서 할당에 제약이 걸릴 수 있다.
+
+## Array 연산들과 시간 복잡도
+
+- 임의의 위치에 있는 원소를 확인하거나 변경하는 연산: `O(1)`
+- 배열의 가장 끝에 원소 추가: `O(1)`
+- 배열의 가장 끝 원소 삭제: `O(1)`
+- 임의의 위치에 원소를 추가하기 : `O(n)`
+- 임의의 위치에 있는 원소 제거: `O(n)`
+
+## Array 장점
+
+- 랜덤 액세스가 빠르다.
+- `index`를 통해 원소에 `O(1)` 시간복잡도만에 빠르게 접근할 수 있다.
+
+## Array 단점
+
+![Untitled](img/ArrayVSLinkedList/array-2.png)
+
+- Array의 중간 요소를 삭제한 경우, 뒤에 있는 데이터를 삭제한 요소 수 만큼 `shift`해줘야 하는 비용이 발생하고 이 경우의 시간 복잡도는 `O(n)`이 된다. (삽입의 경우도 마찬가지)
+- 연속된 메모리 상에 원소들이 존재하므로 처음 배열을 선언한 크기만큼 데이터를 저장하지 않는다면 메모리 낭비가 발생한다.
+
+### Dynamic Array 문제
+
+- 데이터를 새로 추가할 때 `Resizing 문제`(메모리의 사이즈를 다시 조정하는 문제)가 생길 수 있다.
+
+배열은 메모리를 순차적으로 채우며, 처음 생성될 때 어느 정도 메모리를 미리 할당(pre-allocation)한다.
+메모리를 pre-allocation하면서 새로 추가되는 요소들도 순차적으로 메모리에 저장될 수 있다.
+하지만 처음 할당한 것보다 요소가 더 많아진다면 `resizing`이 필요하다.
+Array 특성상, 추가적으로 할당된 메모리 또한 순차적으로 들어가야 하기 때문에 상대적으로 오래 걸린다.
+
+![Untitled](img/ArrayVSLinkedList/array-3.png)
+
+- 기존의 배열은 그대로 두고
+- 새로운 길이로 지정된 배열을 따로 할당 후
+- 데이터의 복사를 진행하고
+- 기존의 배열을 삭제
+
+## Array을 사용하면 좋은 경우
+
+- 순차적인 데이터를 저장할 때(ex. 대회 결과)
+- 다차원 데이터를 다룰 때 (ex. 배열 안의 배열이 필요한 경우)
+- 데이터 사이즈가 자주 바뀌지 않을 때
+- 요소가 자주 삭제되거나 추가되지 않을 때
+- 배열에 저장된 데이터를 검색하는 작업이 많을 때
+
+## 배열(Array) vs 리스트(List)
+
+### 리스트(list)
+
+**순서가 있는 데이터의 모임**이다. 다른 말로는 시퀀스(sequence)라고도 부른다.
+
+- 순차성을 보장하지 못하기 때문에 `spacial locality` 보장이 되지 않아 `cache hit`가 어렵다.
+- 리스트에서 인덱스는 몇 번째 데이터인가 정도의 의미를 가진다. (배열에서의 인덱스는 값에 대한 유일무이한 식별자)
+
+> spacial locality: 프로그램 실행 시 접근하는 메모리 영역은 이미 접근이 이루어진 영역의 근처일 확률이 높다는 프로그램 성격 표현
+
+### 언어별 list 지원
+
+- 최근 언어들은 리스트를 기본으로 제공
+
+**C**
+
+- 리스트를 지원하지 않는다. 대신 배열을 지원한다.
+- 리스트를 사용하려면 직접 만들거나 라이브러리를 사용해야 한다.
+
+**JavaScript**
+
+- 배열에 리스트의 기능이 포함되어 있다.
+
+**Python**
+
+- 기본적으로 리스트를 제공하며, 배열은 제공하지않는다.
+- 파이썬에서는 리스트가 배열이다.
+- 파이썬의 리스트는 크기가 가변적이고, 어떤 원소 타입이던 저장할 수 있다는 장점을 가진다. 대신 C의 배열보다 메모리를 더 많이 필요로 한다는 단점이 있다.
+
+**Java**
+
+- 배열과 리스트를 모두 지원하고, 두 가지가 완전히 분리되어 있다.
+- 개발자가 원하는 대로 배열과 리스트 중 선택할 수 있다.
+- 크게 2가지 형태의 리스트를 지원한다.
+  - `LinkedList`
+  - `ArrayList`
+
+## Java - ArrayList/LinkedList
+
+- 인덱스를 이용해서 데이터를 가져오는 것이 빈번하다면 내부적으로 배열을 이용하는 `ArrayList`가 더 빠르다.
+- 데이터의 추가/삭제가 빈번하다면 `LinkedList`가 더 효과적이다.
+
+### ArrayList
+
+- 배열을 이용해서 리스트를 구현한 것을 의미한다.
+- 장점: 내부적으로 배열을 사용하기 때문에 인덱스를 이용해서 접근하는 것이 빠르다.
+- 단점: 데이터의 추가와 삭제가 느리다.
+
+## LinkedList
+
+배열은 미리 특정한 연결된 공간을 확보하고 데이터를 쓰고 있는 자료구조이고, 링크드 리스트는 필요할 때 마다 데이터를 추가할 수 있는 구조이다.
+배열의 단점을 극복한 자료구조가 `링크드 리스트`라고 볼 수 있다.
+
+## LinkedList 구조
+
+![Untitled](img/ArrayVSLinkedList/linkedlist-1.png)
+
+### 노드
+
+연결리스트 '노드'라는 객체로 이루어져 있다.
+
+- Data를 저장할 공간
+- 다음 노드의 주소를 가리킬 공간
+
+```c
+struct LinkedList {
+    int data;
+    struct LinkedList *next;
+}
+```
+
+![Untitled](img/ArrayVSLinkedList/linkedlist-2png.png)
+
+- 각 노드는 연속된 공간에 저장되어 있지 않고 메모리의 여러 부분에 분포되어 있다.
+- 각 노드에 다음 노드의 주소를 저장함으로써 다음 노드를 탐색할 수 있다.
+- 노드가 가리키는 다음 주소가 NULL이면 이노드는 마지막 노드라고 할 수 있다.
+
+## LinkedList 장점
+
+- 동적으로 메모리 사용이 가능하다.
+- 메모리를 효율적으로 사용할 수 있다.
+- 데이터 재구성이 용이하다.
+- 대용량 데이터 처리에 적합하다.
+
+## LinkedList 단점
+
+- 특정 위치 데이터 검색할때 느리다.
+- 메모리를 추가적으로 사용해야한다.
+
+## 데이터 추가
+### 시작부분에 추가
+![insertFirst](img/ArrayVSLinkedList/linkedlist-3.png)
+
+1. 새로운 노드를 생성한다.
+`Vertex temp = new Vertex(input)`
+2. 새로운 노드의 다음 노드로 첫번째 노드를 가리킨다.
+`temp.next = head`
+3. 새로 만들어진 노드가 첫번째 노드가 되도록 head의 값을 변경한다.
+`head = temp`
+
+### 중간에 추가
+- 3번째 자리(인덱스 2)에 90을 추가하기
+![insert](img/ArrayVSLinkedList/linkedlist-5.png)
+![insertMiddle](img/ArrayVSLinkedList/linkedlist-4.png)
+
+1. 우선 3번째 자리를 찾아야 한다.
+2. head를 참조해서 첫번째 노드를 찾는다.
+`Vertext temp1 = head`
+3. 23자리에 새로운 노드를 위치시키기위해서는 6을 알고있어야한다. 6을 temp1으로 지정하기 위한 반복문이다.
+```js
+//현재 k의 값은 2
+while (--k != 0)
+  temp1 = temp1.next
+```
+4. 6의 next를 이용해서 23을 찾아서 temp2로 지정한다.
+`Vertext temp2 = temp1.next`
+5. 값이 90인 새로운 노드를 생성한다.
+`Vertext newVertex = new Vertex(input)`
+6. 6의 다음 노드로 새로운 노드를 지정한다.
+`temp1.next = newVertex`
+7. 새로운 노드의 다음 노드로 23번을 지정한다.
+`newVertex.next = temp2`
+
+## 데이터 삭제
+- 세번째 노드(인덱스 2)를 제거하기
+
+![](img/ArrayVSLinkedList/linkedlist-5.png)
+![](img/ArrayVSLinkedList/linkedlist-6.png)
+
+1. head를 이용해서 첫번째 노드를 찾는다.
+`Vertex cur = head`
+2. 두번째 노드로 이동한다.
+```js
+//k = 2
+while(--k!=0)
+  cur = cur.next
+```
+3. 세번째 노드 찾는다.
+`Vertex tobedeleted = cur.next`
+4. 두번째 노드의 next를 23으로 변경한다. 
+`cur.next = cur.next.next`
+5. 90을 삭제해서 메모리에서 제거한다.
+`delete tobedeleted`
+
+## LinkedList 연산들과 시간 복잡도
+
+- 데이터 탐색: 순차 접근 방식을 사용하기 때문에 어떤 한 데이터를 찾기 위해서는 처음부터 순차적으로 탐색해야 한다.: `O(n)`
+- 삽입/삭제: `O(1)`
+- 원하는 노드에 접근 + 삽입/삭제: `O(n+1)`
+- 가장 앞에 접근 + 삽입/삭제: `O(1)`
+- 가장 뒤에 접근 + 삽입: `O(1+1)`(tail 노드 따로 지정한 경우)
+- 뒤에서 두번째 노드(tail 노드 전 노드)접근 + 삭제: `O(n+1)`
+
+## Array vs LinkedList
+Array는 Random Access를 지원한다. 요소들을 인덱스를 통해 직접 접근할 수 있다. 따라서 특정 요소에 접근하는 시간 복잡도는 O(1)이다. 
+반면 Linkedlist는 Sequential Access를 지원한다. 어떤 요소를 접근할 때 순차적으로 검색하며 찾아야 한다. 따라서 특정 요소에 접근할 때 시간 복잡도는 O(N)이다.
+
+저장 방식도 배열에서 요소들은 인접한 메모리 위치에 연이어 저장된다.
+반면 Linkedlist에서는 새로운 요소에 할당된 메모리 위치 주소가 linkedlist의 이전 요소에 저장된다.
+
+배열에서 삽입과 삭제는 O(N)이 소요되지만, Linkedlist에서 삽입과 삭제는 O(1)이 소요된다.
+
+배열에서 메모리는 선언 시 컴파일 타임에 할당이 된다. (정적 메모리 할당)
+반면 Linkedlist에서는 새로운 요소가 추가될 때 런타임에 메모리를 할당한다. (동적 메모리 할당)
+
+배열은 Stack 섹션에 메모리 할당이 이루어진다. 반면 Linkedlist는 Heap 섹션에 메모리 할당이 이루어진다.
+---
+
+## 참고
+
+[Array](https://blog.encrypted.gg/927?category=773649)
+[Array](https://kim-mj.tistory.com/236)
+[ArrayVSList](https://wayhome25.github.io/cs/2017/04/17/cs-18-1/)
+[LinkedList](https://opentutorials.org/module/1335/8821)
+[LinkedList](https://sycho-lego.tistory.com/17)
+[LinkedList](https://opentutorials.org/module/1335/8821)
+
+## Q&A
+
+---
+
+> 1. Array와 LinkedList의 차이점을 설명하세요
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+> 2. Array(List)의 가장 큰 특징과 그로 인해 발생하는 장점과 단점에 대해 설명하세요.
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+> 3. Array를 적용시키면 좋을 데이터의 예를 구체적으로 들어주세요. 구체적 예시와 함께 Array를 적용하면 좋은 이유, 그리고 Array를 사용하지 않으면 어떻게 되는지 함께 서술해주세요.