1. 연결 리스트(LinkedList)란?
연결 리스트(LinkedList)는 데이터를 효율적으로 관리하기 위한 자료구조로, 각 데이터 요소가 노드(Node)로 구성되어 있는 구조이다. 각 노드는 데이터와 다음 노드를 가리키는 포인터(링크)로 이루어져 있다.
연결 리스트는 배열과 달리 메모리 공간을 연속적으로 할당하지 않고, 각 노드가 흩어져 있고 포인터를 통해 서로 연결된다. 이러한 연결 구조로 인해 데이터의 삽입, 삭제, 검색이 배열보다 더 유연하게 이루어질 수 있다.
연결 리스트에는 단순 연결 리스트(Singly Linked List), 이중 연결 리스트(Doubly Linked List), 원형 연결 리스트(Circular Linked List) 등의 종류가 있다. 각각의 종류에 따라 노드 간의 연결 방법과 다양한 동작이 구현될 수 있다.
연결 리스트는 데이터의 크기가 동적으로 변하는 경우나 데이터의 삽입, 삭제가 빈번히 발생하는 경우에 유용하다. 그러나 데이터에 접근할 때 포인터를 통한 참조를 해야 하므로 배열에 비해 접근 시간이 더 오래 걸린다는 단점이 있다. 따라서 데이터의 삽입, 삭제가 빈번하지 않고 순차적인 접근이 많이 필요한 경우에는 배열을 사용하는 것이 더 효율적일 수 있다.
2. 연결 리스트의 구조와 원리
연결 리스트는 각각의 데이터 요소가 노드로 구성되어 있는 구조로 사용된다. 각 노드는 데이터와 다음 노드를 가리키는 포인터로 이루어져 있다. 이를 통해 데이터들이 연속적으로 저장되지 않고 서로 떨어져 있더라도 연결된 구조를 가지게 된다.
연결 리스트의 구조는 다음과 같다:
- 데이터(Data): 각 노드에 저장되는 실제 데이터 값이다.
- 포인터(Pointer): 각 노드가 다음 노드를 가리키는 포인터이다. 연결 리스트의 마지막 노드는 포인터가 NULL 값을 가진다.
연결 리스트의 원리는 다음과 같다:
- 삽입(Insertion): 새로운 데이터를 연결 리스트에 삽입할 때는 먼저 새로운 노드를 생성하여 데이터 값을 할당하고, 해당 노드의 포인터를 조정해 기존의 노드와 연결한다. 이렇게 새로운 노드를 생성하고 연결하는 과정을 거치므로 삽입 연산은 상수 시간(시간 복잡도 O(1))에 이루어진다.
- 삭제(Deletion): 연결 리스트에서 데이터를 삭제할 때는 삭제하려는 데이터를 찾아 해당 노드를 삭제하고, 이전 노드와 다음 노드를 연결한다. 이렇게 삭제하고 연결하는 과정을 거치므로 삭제 연산은 상수 시간(시간 복잡도 O(1))에 이루어진다.
- 탐색(Searching): 연결 리스트에서 특정 데이터를 탐색할 때는 첫 번째 노드부터 시작하여 다음 노드를 차례대로 탐색해가며 데이터 값을 비교한다. 따라서 탐색 연산은 최악의 경우 모든 노드를 한 번씩 방문해야 하므로 선형 시간(시간 복잡도 O(n))에 이루어진다.
이처럼 연결 리스트는 데이터의 삽입과 삭제에 용이한 자료구조로서, 데이터들의 크기가 동적으로 변하는 경우나 데이터의 삽입, 삭제가 빈번한 경우에 유용하게 사용된다.
3. 연결 리스트의 장단점
연결 리스트는 데이터를 효율적으로 관리하기 위한 자료구조이다. 연결 리스트의 장단점은 다음과 같다:
장점
동적 크기: 연결 리스트는 데이터의 크기가 동적으로 변하는 경우에 유리하다. 배열과 달리 연속적인 메모리 공간을 필요로 하지 않고, 각 노드가 링크에 의해 서로 연결되기 때문에 크기가 동적으로 확장되거나 축소될 수 있다.
삽입과 삭제의 효율성: 연결 리스트는 데이터의 삽입과 삭제가 배열에 비해 효율적이다. 새로운 데이터를 삽입할 때는 해당 위치 찾기와 데이터의 이동이 필요하지 않으며, 삭제할 때는 삭제된 데이터만 처리하면 되므로 더 빠르고 효율적인 구조이다.
단점
접근 시간: 연결 리스트는 데이터에 접근할 때 포인터를 통한 참조가 필요하므로 배열에 비해 접근 시간이 더 오래 걸린다. 배열은 인덱스에 기반하여 빠르게 접근할 수 있다는 장점이 있지만, 연결 리스트는 순차적으로 접근해야 하기 때문에 접근 시간이 선형적으로 증가한다.
공간 낭비: 각 노드의 구조는 데이터 값과 포인터로 이루어져 있기 때문에, 배열에 비해 메모리 공간의 낭비가 발생할 수 있다. 각 노드마다 포인터를 저장해야하기 때문에 메모리의 사용량이 늘어나게 된다.
연결 리스트는 데이터의 크기가 동적으로 변하는 경우나 데이터의 삽입, 삭제가 빈번한 경우에 유용한 자료구조이다. 그러나 데이터에 순차적인 접근이 많이 필요한 경우에는 배열을 사용하는 것이 더 효율적일 수 있다. 따라서 연결 리스트의 사용은 상황과 요구사항에 따라 고려되어야 한다.