高岡智則
年齢：33歳 性別：男性 職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当） 居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション 出身地：神奈川県川崎市 身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる） 血液型：A型 誕生日：1992年11月20日 最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒 通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分） 家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹 恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）
linkedlist とは？
linkedlistとはデータを格納する「ノード」と呼ばれる箱が連なってできるデータ構造のことです。各ノードには2つの情報が入っています。1) データ本体、2) 次のノードへの参照（ポインタ）です。最初のノードを先頭ノードと呼び、最後のノードの次は null または 空 になっています。この仕組みが、連鎖のように続くイメージを生み出します。
配列との違いは「容量を事前に決める必要がない」点と「データを追加・削除するときに連続したメモリ領域を用意する必要がない」点です。配列は要素を一定の場所に並べて格納しますが、linkedlistは各ノードを必要なときに別々の場所に割り当てられ、次のノードへの参照でつながっています。
基本的な考え方
ノードはデータと参照を1つの箱に入れた部品です。連結させることで長い鎖のようなリストになります。先頭ノードをヘッドと呼び、ここから全てのノードへたどり着きます。新しいノードを追加する場合、通常は特定の位置の前後で参照を差し替えるだけです。削除も同様に、前のノードが次のノードの参照を切り替えることで実現します。
ただし、linkedlistのデメリットも覚えておきましょう。配列と比べて要素へのランダムアクセスは遅いため、特定の位置をすぐに取り出すには先頭から順番にノードをたどる必要があります。最悪の場合、全ノードを走査することになります。また、参照を多く扱う分、メモリの断片化が起きやすい点にも注意が必要です。
種類と比較
代表的な種類には「単方向リスト（singly linked list）」」「双方向リスト（doubly linked list）」」「循環リスト（circular linked list）」などがあります。単方向リストでは各ノードが次のノードへの参照だけを持ち、逆方向には辿れません。双方向リストでは前のノードへの参照もあり、挿入・削除の柔軟性が高まります。循環リストでは最後のノードが最初のノードへつながっているため、特定の終端がなくループ処理を回すのに便利です。
具体的な操作の例と計算量
以下は「挿入」「削除」「検索」という基本操作の、最悪ケースの時間計算量です。単位は最悪ケースの実行時間を要素数 n で表します。
| 最悪計算量 | |
|---|---|
| 探索（検索） | O(n) |
| 先頭への挿入 | O(1) |
| 末尾への挿入 | O(1)またはO(n)（末尾の参照を保持しているかどうかによる） |
| 任意位置への挿入 | O(n) |
| 削除（先頭） | O(1) |
| 削除（任意位置） | O(n) |
ここで重要なのは、挿入や削除は適切な参照の書き換えさえすれば即座に可能だという点です。特に「先頭ノードの変更だけで済む」単方向リストの場合、 head ポインタを使う設計が基本です。
簡単な例のイメージ
考え方のイメージとして、ノードをコインロールのように連結する様子を想像してください。各ノードにはコインの数字（データ）と、次のコインの所在を示す紙の札（参照）がついています。新しいノードを追加するときは、挟みたい場所の前のノードの札を新ノードに向け替え、 新ノードが次のノードを指すようにするだけです。削除するときは、前のノードの札を削除されたノードの次のノードへ向けさせるだけです。こうして、データが順番に並ぶ長い鎖が作られます。
まとめ
linkedlistとは、ノードと呼ぶデータの箱を鎖のようにつなげるデータ構造です。配列と比べて柔軟な挿入・削除が得意ですが、特定の位置をすぐに取り出すには向かない場合があります。用途に合わせて、単方向・双方向・循環の三種類を使い分け、適切な参照の管理を行うことがポイントです。
linkedlistの関連サジェスト解説
- java linkedlist とは
- java linkedlist とは、Java の世界で使われるデータ構造の一つです。LinkedList は、要素を前後につなぐノードが連なった構造を持ち、データの追加や削除を末尾や先頭で迅速に行うことができます。Java の標準ライブラリには java.util.LinkedList という実装クラスがあり、List と Deque の両方の機能を使うことができます。LinkedList の各要素はノードと呼ばれ、データ本体と前後の参照（前の要素と次の要素へのリンク）を保持します。これにより、挿入と削除は配列のように要素を詰め直す必要がなく、特定の位置へ素早く挿入できる場面に向きます。一方で、任意の位置の要素を取り出す場合は前から順番に辿る必要があるため、アクセスのコストが高くなりがちです。つまり、java linkedlist とは、要素の順序を維持しつつ、先頭や末尾への追加・削除を速く行いたいときに便利なデータ構造です。ただしランダムアクセスの頻度が高い場合には、ArrayList の方が適していることが多い点を覚えておくと良いでしょう。実際の使い方としては、LinkedList には list.add(...)、list.addFirst(...)、list.addLast(...)、list.removeFirst()、list.removeLast()、list.get(index)、list.getFirst() などの操作が用意されています。要素の型を String のように決めて使う場合、List
list = new LinkedList<>(); のように宣言します。
linkedlistの同意語
- 連結リスト
- データをノードとポインタで連結して実現する基本的なデータ構造です。各ノードはデータと次のノードへの参照を持ち、末尾は通常 null を指します。挿入や削除は配列より柔軟ですが、ランダムアクセスは遅くなりがちです。
- リンクリスト
- Linked List の日本語表記の一つで、同義語として使われます。
- リンクドリスト
- 英語の LinkedList のカタカナ表記に相当する用語。実装や解説で見かける同義語です。
- 単方向連結リスト
- 片方向のみ先のノードを指す連結リスト。先頭から尾まで辿ることはできますが、尾から先頭へ戻るには工夫が必要です。
- 単方向リンクリスト
- 単方向連結リストの別表現。読み方は同じ意味です。
- 双方向連結リスト
- 前方向と後方向の両方へノードを指す連結リスト。両端の操作が効率的になります。
- 双方向リンクリスト
- 双方向連結リストの別表現。
- 二重連結リスト
- 双方向連結リストの別名。『二重』という語で両方向のリンクを強調した表現です。
- 循環連結リスト
- 最後のノードが最初のノードへと循環する連結リスト。末端が明確に終端になりません。
- 循環リンクリスト
- 循環連結リストの別表現。
- ノードベースリスト
- データをノードで構成し、それらを参照で結ぶ“ノードベース”のリストという言い方です。
- ポインタ連結リスト
- ノード間の参照（ポインタ）を用いて連結するデータ構造という意味の表現です。
- 結合リスト
- Linked List の日本語翻訳の一つとして使われることがあり、同義語として扱われます。
- Linked List
- 英語表記の名称。文献や仕様でそのまま使われることが多い概念名です。
- LinkedList
- Java などの言語でクラス名として使われる英語表記の慣用名です。
linkedlistの対義語・反対語
- 配列（Array）
- LinkedListの対義語として挙げられる基本的なデータ構造。要素が連続したメモリ領域に格納され、任意のインデックスで直接参照できる。ノード間のポインタを使った連結はなく、挿入・削除のコストは使い方次第だが一般には連結リストよりも局所性が高い。
- 静的配列（Static Array）
- サイズが固定されており、要素の追加は不可または難しく、事前に容量を決めておく。LinkedListの柔軟性とは対照的に、容量変更や連結操作を伴わない点が特徴。
- 動的配列（Dynamic Array）
- 容量を拡張可能な配列。連続メモリ上に要素を格納するため、要素へのアクセスは高速だが、容量不足時には再配置が発生する。LinkedListと比べて挿入・削除のコストが大きくなる場合がある。
- 非リンク型データ構造（Non-linked Data Structures）
- ノード間をポインタでつなぐ「リンク」が前提ではないデータ構造の総称。配列やハッシュテーブル、木構造などが含まれ、LinkedListとは実装思想が異なる。
- ハッシュテーブル（Hash Table）
- データをキーにハッシュ関数で位置を決定して格納・検索するデータ構造。連結リストと異なり、ノード間を直接結ぶ構造ではなく、衝突解決には別の手法を用いることが多い。
- 木構造（Tree）
- 階層的なノードの集合で、親子関係をポインタで辿る。直線的な連結とは異なり、探索は枝分かれして進む。LinkedListの線形性とは正反対の性質を持つ。
linkedlistの共起語
- 連結リスト
- データ要素をノードと呼ばれる小さなブロックがつながって構成され、要素の順序を保持するデータ構造です。
- ノード
- データと次のノードへの参照（ポインタ）を持つ、リストの基本単位です。
- 単方向リスト
- 各ノードが次のノードへしか繋がらないタイプ。前のノードへ戻ることはできません。
- 双方向リスト
- 各ノードが次と前の二つのポインタを持ち、前後へ自由に走査できます。
- 循環リスト
- 最後のノードの次が先頭ノードへ繋がっており、終端が存在しない構造です。
- head
- リストの先頭ノードを指す参照。走査の起点になります。
- tail
- リストの末尾ノードを指す参照。末尾への挿入を効率化することがあります。
- ダミーヘッド
- 先頭に置く仮のノードで、空リスト時の処理を簡素化します。
- 次ポインタ
- 次のノードを指す参照。ノード間のつながりの基本です。
- 前ポインタ
- 前のノードを指す参照。双方向リストで使われます。
- 挿入
- 新しいノードを任意の位置に追加する操作です。
- 削除
- 指定したノードをリストから取り除く操作です。
- 検索
- リスト内でデータを探す操作です。
- 遍歴/走査
- 頭から末尾へノードを順に辿って内容を確認する作業です。
- 反転
- リストの順序を逆向きに並べ替える操作です。
- 結合
- 二つのリストを一本にまとめる操作です。
- 分割
- 一つのリストを複数のリストに分ける操作です。
- ソート
- 要素を決まった順序に並べ替える処理です（連結リストにも適用します）。
- 長さ/サイズ
- リストに含まれるノードの数を表します。
- 空リスト
- ノードを含まない状態のリストです。
- NULL/nullptr
- 終端ノードを示す特別な値。NULL は C など、nullptr は C++ の表現です。
- メモリ管理
- 動的に確保したメモリを適切に解放する作業。特に C/C++ で重要です。
- ポインタ/参照
- ノード間のつながりを表す基本概念です。
- データ部
- ノードが格納する実データの部分です。
- ノード構造
- ノードをどう定義するかの設計。データと次ポインタなどを含みます。
- 時間計算量
- 操作の実行時間の目安。例: 探索は O(n)、挿入は場合により O(1) 〜 O(n)。
- 実装言語の違い
- C/C++、Java、Python など言語ごとの実装差があります。
linkedlistの関連用語
- 連結リスト
- データ要素をノードと呼ばれる小さなブロックの連なりで表すデータ構造。各ノードはデータと次のノードへの参照を持ち、先頭から順に要素を辿れる。
- 単方向連結リスト
- 各ノードが次ノードへの参照だけを持つ連結リスト。前方にしか辿れず、挿入・削除は工夫次第で効率化できるが末尾操作には工夫が必要なことが多い。
- 双方向連結リスト
- 各ノードが次と前の参照を持つ連結リスト。前後双方に辿れるため挿入・削除が効率的で、末尾の操作も比較的容易になる。
- 循環連結リスト
- 最終ノードの次が先頭ノードを指すように連結され、リストが円環状になるタイプの連結リスト。
- ノード
- 連結リストの基本要素。データを格納するデータ部と、次ノード（そして場合によっては前ノード）への参照を持つ分割された部品。
- 先頭ノード
- リストの最初のノード。多くの操作の起点となる位置。ヘッドポインタで指し示されることが多い。
- 末尾ノード
- リストの最後のノード。循環リストや尾部操作の基点として使われることがある。
- 次ポインタ
- 次のノードを指す参照。単方向・双方向リストで共通して使われる。
- 前ポインタ
- 前のノードを指す参照。双方向リストで用いられ、前後の挿入削除を容易にする。
- データフィールド
- ノードに格納される実データ。リストの要素としての値を保持する部分。
- NIL/NULL
- リストの末尾や無効参照を示す特別な値。次/前が「今は存在しない」状態を表す。
- ダミーノード
- 操作を単純化するために先頭に置く仮想ノード。境界条件を避けるのに役立つ。
- センチネルノード
- ダミーノードと同様、境界処理を簡素化するための特殊ノード。実装の安定性を高める。
- 挿入
- 新しい要素をリストに追加する操作全般。場所に応じて挿入のコストが変わる。
- 先頭への挿入
- リストの先頭に新しいノードを追加する操作。通常は O(1) で実行可能。
- 末尾への挿入
- リストの末尾に新しいノードを追加する操作。尾ポインタがあれば O(1)、ない場合は O(n) になることが多い。
- 任意ノードへの挿入
- 指定したノードの後ろへ新しいノードを挿入する操作。前後の参照更新が必要。
- 削除
- 指定したノードをリストから取り除く操作。前ノードの参照を更新して削除を完了させる。
- 検索
- リスト内で条件に合う要素を探す操作。通常は O(n) 時間。
- 走査
- リストの全要素を順番にたどる操作。要素を取り出したり処理を適用したりする際に使われる。
- 逆転
- リストの要素順序を反転させる操作。双方向リストでは比較的容易、単方向リストでは追加的な処理が必要になることが多い。
- 逆順走査
- 単方向リストで逆方向に辿るには通常別の構造を使う（スタック等）、直接は難しい。
- マージソート
- リスト上で効率的にソートするアルゴリズム。分割と結合を繰り返すことで安定ソートが可能。
- 分割
- リストを複数の部分に分ける操作。マージソートなどで用いられる。
- 結合
- 2つの連結リストをつなぐ操作。結合後の頭と尾を正しくつなげ直す必要がある。
- 長さの取得
- リストの要素数を数える操作。走査が必要で O(n) の時間が一般的。
- 時間計算量
- 連結リストの各操作が要する時間の評価。先頭挿入は O(1)、検索・任意挿入は O(n) が多い。
- 空間計算量
- ノード数分のメモリが必要。ノードのオーバーヘッドとポインタ分の追加メモリを考慮。
- メモリ管理
- メモリの確保と解放の管理。C/C++ では malloc/free、Java/Python などはガーベジコレクションが関与する場合が多い。
- ポインタ
- ノード同士をつなぐ参照。特に低レベル言語では実装の基本要素。
- 参照
- オブジェクト指向言語などでノードを指す内部的な参照。ガーベジコレクションの対象となることが多い。
- LRUキャッシュ
- 最近使われたデータを優先的に保持するキャッシュ。双方向連結リストとハッシュを組み合わせて実現することが多い。
- スタック
- データを後入れ先出しで管理する構造。連結リストで実装する場合、先頭への挿入・削除が O(1)。
- キュー
- データを先入れ先出しで管理する構造。連結リストを使うと動的なサイズ管理が容易になる。
- 循環検出
- リスト内に循環があるかどうかを判定するアルゴリズム。無限ループの回避やデータ構造の健全性確認に用いる。
- Floydのサイクル検出
- 2つのポインタ（速い方と遅い方）を使って循環の有無を検出する古典的手法。
- センチネルノードの利点
- 境界条件を減らし、挿入・削除のコードを単純化する助けになる。
- 永続的連結リスト
- データの過去のバージョンを保持できるようにする設計思想。関数型言語でよく使われる。
- 空リスト
- 要素を持たないリスト。初期状態や特定の条件分岐で扱われることが多い。
- 単一ノードリスト
- 長さが 1 のリスト。基本操作の挙動を学ぶ際の最小ケース。
- 配列との比較
- 連結リストと配列の利点・欠点を比較した際の観点。連続したメモリを必要としない反面、ランダムアクセスは遅く、挿入・削除コストが構造に依存する等。
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