Python實現(xiàn)基本線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
數(shù)組
數(shù)組的設(shè)計
數(shù)組設(shè)計之初是在形式上依賴內(nèi)存分配而成的,所以必須在使用前預(yù)先請求空間。這使得數(shù)組有以下特性:
1、請求空間以后大小固定,不能再改變(數(shù)據(jù)溢出問題);
2、在內(nèi)存中有空間連續(xù)性的表現(xiàn),中間不會存在其他程序需要調(diào)用的數(shù)據(jù),為此數(shù)組的專用內(nèi)存空間;
3、在舊式編程語言中(如有中階語言之稱的C),程序不會對數(shù)組的操作做下界判斷,也就有潛在的越界操作的風(fēng)險(比如會把數(shù)據(jù)寫在運行中程序需要調(diào)用的核心部分的內(nèi)存上)。
因為簡單數(shù)組強(qiáng)烈倚賴電腦硬件之內(nèi)存,所以不適用于現(xiàn)代的程序設(shè)計。欲使用可變大小、硬件無關(guān)性的數(shù)據(jù)類型,Java等程序設(shè)計語言均提供了更高級的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):ArrayList
、Vector
等動態(tài)數(shù)組。
Python的數(shù)組
從嚴(yán)格意義上來說:Python里沒有嚴(yán)格意義上的數(shù)組。
List
可以說是Python里的數(shù)組,下面這段代碼是CPython的實現(xiàn)List
的結(jié)構(gòu)體:
typedef struct { PyObject_VAR_HEAD /* Vector of pointers to list elements. list[0] is ob_item[0], etc. */ PyObject **ob_item; /* ob_item contains space for 'allocated' elements. The number * currently in use is ob_size. * Invariants: * 0 <= ob_size <= allocated * len(list) == ob_size * ob_item == NULL implies ob_size == allocated == 0 * list.sort() temporarily sets allocated to -1 to detect mutations. * * Items must normally not be NULL, except during construction when * the list is not yet visible outside the function that builds it. */ Py_ssize_t allocated; } PyListObject;
當(dāng)然,在Python里它就是數(shù)組。
后面的一些結(jié)構(gòu)也將用List
來實現(xiàn)。
堆棧
什么是堆棧
堆棧(英語:stack),也可直接稱棧,在計算機(jī)科學(xué)中,是一種特殊的串列形式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它的特殊之處在于只能允許在鏈接串列或陣列的一端(稱為堆疊頂端指標(biāo),英語:top)進(jìn)行加入資料(英語:push)和輸出資料(英語:pop)的運算。另外堆疊也可以用一維陣列或連結(jié)串列的形式來完成。堆疊的另外一個相對的操作方式稱為佇列。
由于堆疊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只允許在一端進(jìn)行操作,因而按照后進(jìn)先出(LIFO, Last In First Out)的原理運作。
特點
1、先入后出,后入先出。
2、除頭尾節(jié)點之外,每個元素有一個前驅(qū),一個后繼。
操作
從原理可知,對堆棧(棧)可以進(jìn)行的操作有:
1、top()
:獲取堆棧頂端對象
2、push()
:向棧里添加一個對象
3、pop()
:從棧里推出一個對象
實現(xiàn)
class my_stack(object): def __init__(self, value): self.value = value # 前驅(qū) self.before = None # 后繼 self.behind = None def __str__(self): return str(self.value) def top(stack): if isinstance(stack, my_stack): if stack.behind is not None: return top(stack.behind) else: return stack def push(stack, ele): push_ele = my_stack(ele) if isinstance(stack, my_stack): stack_top = top(stack) push_ele.before = stack_top push_ele.before.behind = push_ele else: raise Exception('不要亂扔?xùn)|西進(jìn)來好么') def pop(stack): if isinstance(stack, my_stack): stack_top = top(stack) if stack_top.before is not None: stack_top.before.behind = None stack_top.behind = None return stack_top else: print('已經(jīng)是棧頂了')
隊列
什么是隊列
和堆棧類似,唯一的區(qū)別是隊列只能在隊頭進(jìn)行出隊操作,所以隊列是是先進(jìn)先出(FIFO, First-In-First-Out)的線性表
特點
1、先入先出,后入后出
2、除尾節(jié)點外,每個節(jié)點有一個后繼
3、(可選)除頭節(jié)點外,每個節(jié)點有一個前驅(qū)
操作
1、push()
:入隊
2、pop()
:出隊
實現(xiàn)
普通隊列
class MyQueue(): def __init__(self, value=None): self.value = value # 前驅(qū) # self.before = None # 后繼 self.behind = None def __str__(self): if self.value is not None: return str(self.value) else: return 'None' def create_queue(): """僅有隊頭""" return MyQueue() def last(queue): if isinstance(queue, MyQueue): if queue.behind is not None: return last(queue.behind) else: return queue def push(queue, ele): if isinstance(queue, MyQueue): last_queue = last(queue) new_queue = MyQueue(ele) last_queue.behind = new_queue def pop(queue): if queue.behind is not None: get_queue = queue.behind queue.behind = queue.behind.behind return get_queue else: print('隊列里已經(jīng)沒有元素了') def print_queue(queue): print(queue) if queue.behind is not None: print_queue(queue.behind)
鏈表
什么是鏈表
鏈表(Linked list)是一種常見的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是一種線性表,但是并不會按線性的順序存儲數(shù)據(jù),而是在每一個節(jié)點里存到下一個節(jié)點的指針(Pointer)。由于不必須按順序存儲,鏈表在插入的時候可以達(dá)到O(1)的復(fù)雜度,比另一種線性表順序表快得多,但是查找一個節(jié)點或者訪問特定編號的節(jié)點則需要O(n)的時間,而順序表相應(yīng)的時間復(fù)雜度分別是O(logn)和O(1)。
特點
使用鏈表結(jié)構(gòu)可以克服數(shù)組鏈表需要預(yù)先知道數(shù)據(jù)大小的缺點,鏈表結(jié)構(gòu)可以充分利用計算機(jī)內(nèi)存空間,實現(xiàn)靈活的內(nèi)存動態(tài)管理。但是鏈表失去了數(shù)組隨機(jī)讀取的優(yōu)點,同時鏈表由于增加了結(jié)點的指針域,空間開銷比較大。
操作
1、init()
:初始化
2、insert()
: 插入
3、trave()
: 遍歷
4、delete()
: 刪除
5、find()
: 查找
實現(xiàn)
此處僅實現(xiàn)雙向列表
class LinkedList(): def __init__(self, value=None): self.value = value # 前驅(qū) self.before = None # 后繼 self.behind = None def __str__(self): if self.value is not None: return str(self.value) else: return 'None' def init(): return LinkedList('HEAD') def delete(linked_list): if isinstance(linked_list, LinkedList): if linked_list.behind is not None: delete(linked_list.behind) linked_list.behind = None linked_list.before = None linked_list.value = None
總結(jié)
以上就是利用Python實現(xiàn)基本線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的全部內(nèi)容,希望這篇文章對大家學(xué)習(xí)Python能有所幫助。如果有疑問可以留言討論。
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