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Python實(shí)現(xiàn)基本線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

 更新時(shí)間:2016年08月22日 16:30:44   投稿:daisy  
這篇文章主要實(shí)現(xiàn)四種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),分別是數(shù)組、堆棧、隊(duì)列、鏈表。大家都知道可以用C語言實(shí)現(xiàn)這幾種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),其實(shí)Python也可以實(shí)現(xiàn),下面跟著小編一起來學(xué)習(xí)。

數(shù)組

數(shù)組的設(shè)計(jì)

數(shù)組設(shè)計(jì)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(qǐng)求空間。這使得數(shù)組有以下特性:

     1、請(qǐng)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(huì)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(huì)對(duì)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(xiǎn)(比如會(huì)把數(shù)據(jù)寫在運(yùn)行中程序需要調(diào)用的核心部分的內(nèi)存上)。

因?yàn)楹?jiǎn)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(jì)。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(jì)語言均提供了更高級(jí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):ArrayListVector等動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)。

堆棧

什么是堆棧

堆棧(英語:stack),也可直接稱棧,在計(jì)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(yùn)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(gè)相對(duì)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(yùn)作。

特點(diǎn)

     1、先入后出,后入先出。

     2、除頭尾節(jié)點(diǎn)之外,每個(gè)元素有一個(gè)前驅(qū),一個(gè)后繼。

操作

從原理可知,對(duì)堆棧(棧)可以進(jìn)行的操作有:

     1、top() :獲取堆棧頂端對(duì)象

     2、push() :向棧里添加一個(gè)對(duì)象

     3、pop() :從棧里推出一個(gè)對(duì)象

實(shí)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(duì)列

什么是隊(duì)列

和堆棧類似,唯一的區(qū)別是隊(duì)列只能在隊(duì)頭進(jìn)行出隊(duì)操作,所以隊(duì)列是是先進(jìn)先出(FIFO, First-In-First-Out)的線性表

特點(diǎn)

      1、先入先出,后入后出

      2、除尾節(jié)點(diǎn)外,每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)后繼

      3、(可選)除頭節(jié)點(diǎn)外,每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)前驅(qū)

操作

      1、push() :入隊(duì)

      2、pop() :出隊(duì)

實(shí)現(xiàn)

普通隊(duì)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(duì)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(duì)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(huì)按線性的順序存儲(chǔ)數(shù)據(jù),而是在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)里存到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針(Pointer)。由于不必須按順序存儲(chǔ),鏈表在插入的時(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)或者訪問特定編號(hào)的節(jié)點(diǎn)則需要O(n)的時(shí)間,而順序表相應(yīng)的時(shí)間復(fù)雜度分別是O(logn)和O(1)。

特點(diǎn)

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(diǎn),鏈表結(jié)構(gòu)可以充分利用計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間,實(shí)現(xiàn)靈活的內(nèi)存動(dòng)態(tài)管理。但是鏈表失去了數(shù)組隨機(jī)讀取的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)鏈表由于增加了結(jié)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)

此處僅實(shí)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(shí)現(xiàn)基本線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的全部?jī)?nèi)容,希望這篇文章對(duì)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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