【数据结构】数组、双链表代码实现

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文章目录

  • 🍋数组（Array）
  • 🍋链表（Linked List）
  • 🍋代码实现
  • 🍋总结

🍋数组（Array）

基本原理：数组是一种线性数据结构，它在内存中是一段连续的存储空间。数组通过索引（或下标）访问元素，索引从 0 开始递增。所有元素的类型相同，占用的内存空间相等。优点：随机访问：可以通过索引快速访问任意位置的元素，时间复杂度为 O(1)。索引计算简单：根据索引计算元素的内存地址很简单，只需一个乘法和一个加法操作。缺点：大小固定：数组的大小在创建时就固定了，无法动态调整。插入和删除操作效率低：在数组中间插入或删除元素会涉及到大量元素的移动，时间复杂度为 O(n)。内存空间的浪费：如果数组预留了很大的空间但只存储了少量元素，会造成内存空间的浪费。

🍋链表（Linked List）

基本原理：链表是一种由节点组成的数据结构，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针（或引用）。节点不必在内存中连续存储，通过指针将它们串联起来。优点：动态大小：链表的大小可以动态增长或缩小，不需要预先分配固定大小的空间。插入和删除操作高效：在链表中插入或删除元素只需要改变指针的指向，时间复杂度为 O(1)。缺点：随机访问低效：要访问链表中的第 k 个元素，需要从头节点开始依次遍历，时间复杂度为 O(k)。需要额外的空间存储指针：每个节点都需要额外的空间存储指向下一个节点的指针，占用的内存空间较大。

🍋代码实现

数组

from selenium.common import NoSuchElementExceptionclass MyArrayList:def __init__(self, init_capacity=1):self.data = [None] * init_capacityself.size = 0#     在列表末尾添加元素 e。#     如果列表已满，则调用 _resize 函数扩展列表的容量。def add_last(self, e):cap = len(self.data)if self.size == cap:self._resize(2 * cap)self.data[self.size] = eself.size += 1#     在指定索引 index 处插入元素 e。#     如果列表已满，则调用 _resize 函数扩展列表的容量。#     使用切片操作实现在 index 处插入元素，并将后续元素向后移动一个位置。def add(self, index, e):self._check_position_index(index)cap = len(self.data)if self.size == cap:self._resize(2 * cap)self.data[index+1:self.size+1] = self.data[index:self.size]self.data[index] = eself.size += 1# 在列表开头添加元素 e，实际上是调用 add(0, e)。def add_first(self, e):self.add(0, e)#     移除并返回列表末尾的元素。#     如果列表的大小为容量的四分之一，则调用 _resize 函数缩小列表的容量。def remove_last(self):if self.size == 0:raise NoSuchElementException()cap = len(self.data)if self.size == cap // 4:self._resize(cap // 2)deleted_val = self.data[self.size - 1]self.data[self.size - 1] = Noneself.size -= 1return deleted_val#     移除并返回指定索引 index 处的元素。#     如果列表的大小为容量的四分之一，则调用 _resize 函数缩小列表的容量。#     使用切片操作实现在 index 处移除元素，并将后续元素向前移动一个位置。def remove(self, index):self._check_element_index(index)cap = len(self.data)if self.size == cap // 4:self._resize(cap // 2)deleted_val = self.data[index]self.data[index:self.size-1] = self.data[index+1:self.size]self.data[self.size - 1] = Noneself.size -= 1return deleted_val# 移除并返回列表开头的元素，实际上是调用 remove(0)。def remove_first(self):return self.remove(0)# 返回指定索引 index 处的元素。def get(self, index):self._check_element_index(index)return self.data[index]# 将指定索引 index 处的元素设置为 element，并返回原始值。def set(self, index, element):self._check_element_index(index)old_val = self.data[index]self.data[index] = elementreturn old_val# 返回列表的大小。def size(self):return self.size# 返回列表是否为空。def is_empty(self):return self.size == 0#     将列表的容量调整为 new_cap。#     如果新容量小于当前大小，则不进行调整。def _resize(self, new_cap):if self.size > new_cap:returntemp = [None] * new_captemp[:self.size] = self.data[:self.size]self.data = temp# 用于检查索引是否在有效范围内。def _is_element_index(self, index):return 0 <= index < self.sizedef _is_position_index(self, index):return 0 <= index <= self.size# 用于检查索引是否在有效范围内，如果不在有效范围内，则抛出 IndexError。def _check_element_index(self, index):if not self._is_element_index(index):raise IndexError("Index: " + str(index) + ", Size: " + str(self.size))def _check_position_index(self, index):if not self._is_position_index(index):raise IndexError("Index: " + str(index) + ", Size: " + str(self.size))# 使 MyArrayList 对象可迭代，从而可以使用 for 循环遍历其中的元素。def __iter__(self):self.p = 0return selfdef __next__(self):if self.p == self.size:raise StopIterationself.p += 1return self.data[self.p - 1]# 打印def display(self):print(f"size = {self.size} cap = {len(self.data)}")print(self.data)if __name__ == "__main__":arr = MyArrayList(3)for i in range(1, 6):arr.add_last(i)arr.remove(3)arr.add(1, 9)arr.add_first(100)val = arr.remove_last()for i in range(arr.size):print(arr.get(i))print(arr.display())

双链表

from selenium.common import NoSuchElementExceptionclass MyLinkedList:class Node:def __init__(self, val):self.val = valself.next = Noneself.prev = Nonedef __init__(self):self.head = self.Node(None)self.tail = self.Node(None)self.head.next = self.tailself.tail.prev = self.headself.size = 0def add_last(self, e):x = self.Node(e)temp = self.tail.prevtemp.next = xx.prev = tempx.next = self.tailself.tail.prev = xself.size += 1def add_first(self, e):x = self.Node(e)temp = self.head.nexttemp.prev = xx.next = tempself.head.next = xx.prev = self.headself.size += 1def add(self, index, element):self._check_position_index(index)if index == self.size:self.add_last(element)returnp = self._get_node(index)temp = p.prevx = self.Node(element)p.prev = xtemp.next = xx.prev = tempx.next = pself.size += 1def remove_first(self):if self.size < 1:raise NoSuchElementException()x = self.head.nexttemp = x.nextself.head.next = temptemp.prev = self.headx.prev = x.next = Noneself.size -= 1return x.valdef remove_last(self):if self.size < 1:raise NoSuchElementException()x = self.tail.prevtemp = x.prevtemp.next = self.tailself.tail.prev = tempx.prev = x.next = Noneself.size -= 1return x.valdef remove(self, index):self._check_element_index(index)x = self._get_node(index)prev = x.prevnext = x.nextprev.next = nextnext.prev = prevx.prev = x.next = Noneself.size -= 1return x.valdef get(self, index):self._check_element_index(index)p = self._get_node(index)return p.valdef get_first(self):if self.size < 1:raise NoSuchElementException()return self.head.next.valdef get_last(self):if self.size < 1:raise NoSuchElementException()return self.tail.prev.valdef set(self, index, val):self._check_element_index(index)p = self._get_node(index)old_val = p.valp.val = valreturn old_valdef size(self):return self.sizedef is_empty(self):return self.size == 0def _get_node(self, index):self._check_element_index(index)p = self.head.nextfor _ in range(index):p = p.nextreturn pdef _is_element_index(self, index):return 0 <= index < self.sizedef _is_position_index(self, index):return 0 <= index <= self.sizedef _check_element_index(self, index):if not self._is_element_index(index):raise IndexError("Index: " + str(index) + ", Size: " + str(self.size))def _check_position_index(self, index):if not self._is_position_index(index):raise IndexError("Index: " + str(index) + ", Size: " + str(self.size))def display(self):print("size =", self.size)p = self.head.nextwhile p != self.tail:print(p.val, "-> ", end="")p = p.nextprint("null")print()def __iter__(self):self.p = self.head.nextreturn selfdef __next__(self):if self.p == self.tail:raise StopIterationval = self.p.valself.p = self.p.nextreturn val
if __name__ == "__main__":# 创建一个 MyLinkedList 实例linked_list = MyLinkedList()# 在链表末尾添加元素linked_list.add_last(1)linked_list.add_last(2)linked_list.add_last(3)# 在链表开头添加元素linked_list.add_first(0)# 在指定位置插入元素linked_list.add(2, 1.5)# 输出链表大小print("Size of linked list:", linked_list.size)# 输出链表中的元素print("Linked list elements:")for val in linked_list:print(val)# 移除链表开头和末尾的元素print("Removed first element:", linked_list.remove_first())print("Removed last element:", linked_list.remove_last())# 输出链表中的元素print("Linked list elements after removal:")for val in linked_list:print(val)

🍋总结

下一节，我把单链表的也给出来，顺便做两道题应用一下以上的基本操作

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挑战与创造都是很痛苦的，但是很充实。

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