技術文章 » 文心一言 VS 訊飛星火 VS chatgpt （119）-- 演演算法導論10.3 4題

文心一言 VS 訊飛星火 VS chatgpt （119）-- 演演算法導論10.3 4題

2023-10-23 15:00:33

四、用go語言，我們往往希望雙向連結串列的所有元素在記憶體中保持緊湊，例如，在多陣列表示中佔用前m 個下標位置。(在頁式虛擬儲存的計算環境下，即為這種情況。)假設除指向連結串列本身的指標外沒有其他指標指向該連結串列的元素，試說明如何實現過程ALLOCATE-OBIECT和 FREE-OBJECT，使得該表示保持緊湊。(提示:使用棧的陣列實現。)

文心一言：

在Go語言中，我們可以使用一種稱為"棧的陣列"的結構來實現這種緊湊的儲存。在這種表示中，陣列的元素按照它們被分配的順序儲存，並且分配和釋放操作都通過棧來進行，這樣可以保證所有元素在記憶體中保持緊湊。

首先，我們需要定義連結串列節點的資料結構，通常包含資料本身和指向下一個節點的指標。此外，為了便於實現，我們還需要一個棧來跟蹤可用節點。

type Node struct {  
    data int  
    next *Node  
}  
  
type Stack struct {  
    top *Node  
    len int  
}

然後我們可以實現ALLOCATE-OBJECT和FREE-OBJECT過程。在ALLOCATE-OBJECT過程中，我們首先檢查棧是否為空，如果為空，我們建立一個新的節點並將其推入棧中。否則，我們從棧頂彈出一個節點並將其資料設定為所需的值。在FREE-OBJECT過程中，我們將節點推入棧中以使其可供以後重新使用。

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--  
}

這種實現方式可以保證連結串列元素的儲存是緊湊的，因為所有節點都儲存在連續的記憶體位置。此外，由於我們使用棧來實現分配和釋放過程，所以這些操作都是O(1)時間複雜度。

訊飛星火：

要實現雙向連結串列的緊湊表示，我們可以使用棧的陣列來實現。首先，我們需要定義一個結構體來表示雙向連結串列的節點，包含前驅、後繼和資料。然後，我們需要實現兩個函數：ALLOCATE-OBJECT 和 FREE-OBJECT。

  1. ALLOCATE-OBJECT：這個函數用於分配一個新的節點，並將其新增到連結串列中。為了保持緊湊表示，我們需要確保新節點的前驅和後繼指標指向正確的位置。具體來說，新節點的前驅指標應該指向當前連結串列的最後一個節點，後繼指標應該指向nullptr。同時，我們需要更新連結串列的尾部指標。

  2. FREE-OBJECT：這個函數用於釋放一個節點，並從連結串列中移除它。為了保持緊湊表示，我們需要確保被釋放節點的前驅和後繼指標仍然指向正確的位置。具體來說，如果被釋放節點是連結串列的第一個節點，那麼我們需要將連結串列的頭部指標更新為nullptr；否則，我們需要更新被釋放節點的前驅節點的後繼指標。最後，我們需要更新連結串列的尾部指標。

以下是用Go語言實現的程式碼：

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")
}

在這個例子中，我們首先建立了一個雙向連結串列，然後釋放了第二個節點。在釋放節點之前和之後，我們都列印了連結串列的內容，以驗證雙向連結串列的緊湊表示是否得到了保持。

360智腦：

這個問題涉及到記憶體分配和釋放，以及棧的陣列實現。在Go語言中，可以使用malloc和free函數進行記憶體的分配和釋放。但是，使用malloc和free可能會導致記憶體碎片，影響程式的效能。因此，可以考慮使用棧的陣列來實現記憶體的分配和釋放。

首先，需要定義一個Object型別來表示雙向連結串列的元素。然後，可以建立一個棧來儲存連結串列的元素。每當新的元素被新增到連結串列中時，將其壓入棧中。當需要刪除連結串列中的某個元素時，將其從棧中彈出。在遍歷連結串列時，可以使用棧的出棧操作來存取連結串列中的元素。

下面是一個簡單的範例程式碼：

package main

import "fmt"

type Object struct {
    val int
}

func AllocateObject() *Object {
    // 分配記憶體空間
}

func FreeObject(obj *Object) {
    // 釋放記憶體空間
}

func AddObject(head *Object, val int) {
    // 將新元素壓入棧中
    stack := &Object{}
    *stack = *head
    (*stack).val = val
    (*stack).next = head
    head = *stack
}

func DelObject(head *Object, val int) {
    // 將元素從棧中彈出並替換連結串列中對應的元素
    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) {
    // 遍歷連結串列並輸出元素值
    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)
}

在這個範例中，AllocateObject函數用於分配記憶體空間，FreeObject函數用於釋放記憶體空間，AddObject函數用於將新元素壓入棧中，DelObject函數用於將元素從棧中彈出並替換連結串列中對應的元素，ShowObject函數用於遍歷連結串列並輸出元素值。這些函數的具體實現取決於具體的應用場景和要求。

智譜清言：

在 Go 語言中，我們可以使用棧陣列來實現緊湊儲存的雙向連結串列。首先，我們需要定義一個結構體來表示連結串列的節點，包含指向前後節點的指標以及需要儲存的物件本身。接著，我們實現 ALLOCATE-OBJECT 和 FREE-OBJECT 過程，分別用於建立和釋放連結串列節點。

以下是一種可能的實現方式：

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) < size+1 {  
		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("連結串列節點：", node1, node2, node3)
	FreeObject(stack, node2)  
	fmt.Println("連結串列節點：", node1, node3)  
}

在這個例子中，我們使用棧陣列來儲存連結串列的節點。當需要建立新的節點時，我們使用 AllocateObject 函數，將新節點插入到棧頂。當需要釋放節點時，我們使用 FreeObject 函數，將節點從棧中移除。這樣，連結串列的元素在記憶體中保持緊湊。

通義千問：

在這個問題中，我們可以使用棧的陣列來實現雙向連結串列的分配和釋放。首先，我們需要定義一個雙向連結串列節點的資料結構：

type Node struct {
    Next *Node
    Prev *Node
    Data int
}

然後，我們可以定義一個棧的陣列來儲存雙向連結串列的節點：

var stack [N]Node

其中，N是我們希望儲存的節點的最大數量。

在ALLOCATE-OBJECT函數中，我們需要分配一個新的節點。首先，我們需要檢查棧是否已滿。如果已滿，我們就返回一個錯誤。否則，我們就從棧頂彈出一個節點，然後將其資料欄位設定為新的值，最後返回這個節點。

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函數中，我們需要釋放一個節點。首先，我們需要找到這個節點，然後將其從棧中刪除。如果這個節點沒有前驅節點，我們就將棧頂節點的前驅指標設定為nil。如果這個節點沒有後繼節點，我們就將棧頂節點的後繼指標設定為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
}

這樣，我們就可以通過棧的陣列實現雙向連結串列的分配和釋放，並保持連結串列的所有元素在記憶體中保持緊湊。

天工：

在實現雙向連結串列時，我們可以使用一個棧的陣列來實現元素的儲存和管理。棧的陣列可以通過下標來存取元素，因此可以很好地保持元素在記憶體中的緊湊表示。

具體來說，我們可以將每個元素表示為一個包含以下欄位的結構體：

  • value：元素的值

  • prev：指向前一個元素的指標

  • next：指向後一個元素的指標

我們可以使用一個大小為n的棧的陣列來儲存這些元素，其中n是連結串列的長度。棧的陣列的下標範圍為[1, n]，因為下標0用於表示連結串列的頭部。

在實現ALLOCATE-OBJECT過程時，我們可以按照以下步驟進行：

1.檢查棧的陣列是否已滿。如果已滿，則返回一個錯誤。

2.分配一個新元素的空間，並將其初始化為一個新的雙向連結串列節點。

3.將新節點的prev和next指標設定為相應的NULL值。

4.將新節點的值設定為輸入引數value。

5.將新節點的下標設定為棧的陣列的最後一個下標+1。

6.將新節點的prev指標設定為棧的陣列中最後一個元素的next指標。

7.將新節點的next指標設定為NULL。

8.將棧的陣列中最後一個元素的next指標設定為新節點。

9.返回新節點的下標。

在實現FREE-OBJECT過程時，我們可以按照以下步驟進行：

1.檢查輸入引數是否為NULL。如果是，則返回一個錯誤。

2.檢查輸入引數的下標是否在棧的陣列的範圍內。如果不是，則返回一個錯誤。

3.獲取輸入引數的前一個節點的指標prev和後一個節點的指標next。

4.將輸入引數的prev指標設定為NULL，將輸入引數的next指標設定為NULL。

5.將棧的陣列中輸入引數的下標處的元素的prev指標設定為輸入引數的next指標。

6.將棧的陣列中輸入引數的下標處的元素的next指標設定為輸入引數的prev指標。

7.返回輸入引數的下標。

通過這種方式，我們可以在保持元素緊湊表示的同時，實現雙向連結串列的所有操作。

chatgpt：

要實現雙向連結串列的緊湊儲存，可以使用棧的陣列實現。下面是ALLOCATE-OBJECT和FREE-OBJECT的範例實現：

type ListNode struct {
    prev, next int // 儲存前驅和後繼節點在陣列中的索引位置
    // 其他資料欄位
}

type CompactLinkedList struct {
    stack []int // 空閒節點的索引棧
    nodes []ListNode // 雙向連結串列節點陣列
    head, tail int // 頭尾指標，記錄連結串列頭尾節點在陣列中的索引位置
}

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 // 棧空，無法分配新節點
    }
    
    index := ll.stack[len(ll.stack)-1] // 彈出棧頂元素作為新節點索引
    
    if ll.head == -1 && ll.tail == -1 { // 連結串列為空時，更新頭尾指標
        ll.head = index
        ll.tail = index
    } else { // 連結串列非空時，更新原尾節點和新節點之間的連結關係
        ll.nodes[ll.tail].next = index
        ll.nodes[index].prev = ll.tail
        ll.tail = index
    }
    
    ll.stack = ll.stack[:len(ll.stack)-1] // 彈出棧頂元素
    
    return &ll.nodes[index], true
}

func (ll *CompactLinkedList) FREE_OBJECT(node *ListNode) bool {
    if node == nil {
        return false // 節點為空，無法釋放
    }
    
    index := node.prev // 獲取節點在陣列中的索引位置
    
    if node.prev == -1 && node.next == -1 { // 節點為連結串列唯一節點時，更新頭尾指標
        ll.head = -1
        ll.tail = -1
    } else if node.prev == -1 { // 節點為頭節點時，更新頭指標和原下一個節點的前驅指標為-1
        nextIndex := node.next
        ll.head = nextIndex
        ll.nodes[nextIndex].prev = -1
    } else if node.next == -1 { // 節點為尾節點時，更新尾指標和原前驅節點的後繼指標為-1
        prevIndex := node.prev
        ll.tail = prevIndex
        ll.nodes[prevIndex].next = -1 
    } else { // 節點位於連結串列中間時，更新原前驅節點和後繼節點之間的連結關係
        prevIndex := node.prev 
		nextIndex := node.next 
		
		ll.nodes[prevIndex].next=nextIndex;
		ll.nodes[nextIndex].prev=prevIndex;
        
    }
    
    ll.stack = append(ll.stack, index) // 將釋放的節點索引入棧
    
    return true
}

以上是一個基於棧的陣列實現的緊湊雙向連結串列。通過ALLOCATE_OBJECT方法可以分配新節點，FREE_OBJECT方法可以釋放節點。該實現將所有元素儲存在緊湊的連續記憶體中，並使用棧來管理空閒節點。