顺序表的定义
将元素顺序的放在一块连续的存储空间里,元素间的顺序关系由它们的存储顺序自然表示。
顺序表的基本形式
a表示的是顺序表的基本布局,数据本身元素连续存储,每个元素所占的存储单元大小相同。元素的下标是其逻辑地址,而元素存储的物理地址(实际内存地址)可以通过存储区的起始地址Loc (e0)加上逻辑地址(第i个元素)与存储单元大小(c)的乘积计算而得,即:
Loc(ei) = Loc(e0) + c*i
因此,访问指定元素时无需从头遍历,通过计算便可获得对应地址,其时间复杂度为O(1)。
a这种基本布局出现了一个问题,如果其中的元素大小不统一,那么岂不是要用最大存储单元作为基本单位,非常浪费空间,因此出现了外置顺序表。
b表示的是元素外置的存储方法,元素大小不统一,可采用这种存储方式。元素外置的形式,将实际数据元素另行存储,而顺序表中各单元位置保存对应元素的地址信息(即链接)。由于每个链接所需的存储量相同,通过上述公式,可以计算出元素链接的存储位置,而后顺着链接找到实际存储的数据元素。注意,图b中的c不再是数据元素的大小,而是存储一个链接地址所需的存储量,这个量通常很小。
b这样的顺序表也被称为对实际数据的索引,这是最简单的索引结构。
顺序表的结构
一个完整的顺序表包含两部分信息,一部分是表中的元素集合,一部分是记录顺序表整体情况 的信息,这部分主要包括顺序表的大小(容量)和当前存储的元素个数。
顺序表的两种实现方式
a为一体式结构,存储表信息的单元与元素存储区以连续的方式安排在一块存储区里,两部分数据的整体形成一个完整的顺序表对象。
一体式结构整体性强,易于管理。但是由于数据元素存储区域是表对象的一部分,顺序表创建后,元素存储区就固定了。
b为分离式结构,表对象里只保存与整个表有关的信息(即容量和元素个数),实际数据元素存放在另一个独立的元素存储区里,通过链接与基本表对象关联。
一体式结构由于顺序表信息区与数据区连续存储在一起,所以若想更换数据区,则只能整体搬迁,即整个顺序表对象(指存储顺序表的结构信息的区域)改变了。
分离式结构若想更换数据区,只需将表信息区中的数据区链接地址更新即可,而该顺序表对象不变。
顺序表含有容量等信息,因此很容易实现扩充,其扩充方式主要有两种。
-
每次扩充增加固定数目的存储位置,如每次扩充增加10个元素位置,这种策略可称为线性增长。
特点:节省空间,但是扩充操作频繁,操作次数多。
-
每次扩充容量加倍,如每次扩充增加一倍存储空间。
特点:减少了扩充操作的执行次数,但可能会浪费空间资源。以空间换时间,推荐的方式。
顺序表的操作
增加元素
a尾端加入元素 时间复杂度为O(1) 相当于python list 的append操作
b非保序的元素插入 时间复杂度为O(1)
c保序插入 时间复杂度O(n)相当于python 的insert操作
删除元素
a 删除表尾元素,时间复杂度为O(1) 相当于python 的pop操作
b 非保序的元素删除(不常见),时间复杂度为O(1)
c保序的元素删除,时间复杂度为O(n)
python中的顺序表
Python中的list和tuple两种类型采用了顺序表的实现技术,具有前面讨论的顺序表的所有性质。
tuple是不可变类型,即不变的顺序表,因此不支持改变其内部状态的任何操作,而其他方面,则与list的性质类似。
Python标准类型list就是一种元素个数可变的线性表,可以加入和删除元素,并在各种操作中维持已有元素的顺序(即保序),而且还具有以下行为特征:
基于下标(位置)的高效元素访问和更新,时间复杂度应该是O(1);
为满足该特征,应该采用顺序表技术,表中元素保存在一块连续的存储区中。
允许任意加入元素,而且在不断加入元素的过程中,表对象的标识(函数id得到的值)不变。
为满足该特征,就必须能更换元素存储区,并且为保证更换存储区时list对象的标识id不变,只能采用分离式实现技术。
在Python的官方实现中,list就是一种采用分离式技术实现的动态顺序表。这就是为什么用list.append(x) (或 list.insert(len(list), x),即尾部插入)比在指定位置插入元素效率高的原因。
在Python的官方实现中,list实现采用了如下的策略:在建立空表(或者很小的表)时,系统分配一块能容纳8个元素的存储区;在执行插入操作(insert或append)时,如果元素存储区满就换一块4倍大的存储区。但如果此时的表已经很大(目前的阀值为50000),则改变策略,采用加一倍的方法。引入这种改变策略的方式,是为了避免出现过多空闲的存储位置。
python实现顺序表
用顺序表实现顺序表 有点搞笑,仅当学习啦。
class SeqList:
"""
顺序表实现
"""
def __init__(self, size=8):
"""
初始化顺序表最大长度为8
"""
self.size = size
self.num = 0
self.data = [None] * self.size
def is_empty(self):
"""
判断顺序表是否为空
"""
if self.num is 0:
return True
else:
return False
def is_full(self):
"""
判断顺序表是否为满
"""
if self.num is self.size:
return True
else:
return False
def __getitem__(self, index):
"""
获取顺序表中某一个位置的值
"""
if not isinstance(index, int):
raise TypeError
if 0 <= index < self.size:
return self.data[index]
else:
raise IndexError
def __setitem__(self, index, value):
"""
修改顺序表中某一个位置的值
"""
if not isinstance(index, int):
raise TypeError
if 0 <= index < self.size:
self.data[index] = value
else:
raise IndexError
def append_end(self, value):
"""
表尾部插入元素
"""
if self.is_full():
print("顺序表已满,请扩建")
else:
self.data[self.num] = value
self.num += 1
def rand_insert(self, index, value):
"""
保序随机插入元素
"""
if self.is_full():
# TODO:扩建顺序表
print("顺序表已满")
if not isinstance(index, int):
raise TypeError
if index < 0 or index > self.num:
raise IndexError
for i in range(self.num, index, -1):
self.data[i] = self.data[i-1]
self.data[index] = value
self.num += 1
def rand_remove(self, index=-1):
"""
保序随机删除某一位置元素
"""
if not isinstance(index, int):
raise TypeError
if index > self.num:
raise IndexError
if index == -1:
self.num -= 1
else:
for i in range(index, self.num-1):
self.data[i] = self.data[i + 1]
self.num -= 1
def reverse(self):
"""
顺序表翻转
"""
i, j = 0, self.num - 1
while i < j:
self.data[i], self.data[j] = self.data[j], self.data[i]
i, j = i + 1, j -1
def clear(self):
"""
清空顺序表
"""
self.__init__()
if __name__ == '__main__':
seq_list = SeqList()
print("当前顺序表大小为:%d 表中元素个数为:%d 表中元素为:%s" % (seq_list.size, seq_list.num, seq_list.data))
seq_list.append_end(10)
seq_list.append_end(76)
seq_list.append_end("haha")
seq_list.append_end(12.6)
print("当前顺序表大小为:%d 表中元素个数为:%d 表中元素为:%s" % (seq_list.size, seq_list.num, seq_list.data))
seq_list.rand_insert(1, 'python')
print("当前顺序表大小为:%d 表中元素个数为:%d 表中元素为:%s" % (seq_list.size, seq_list.num, seq_list.data))
print(seq_list.__getitem__(2))
seq_list.__setitem__(1, 100)
print("当前顺序表大小为:%d 表中元素个数为:%d 表中元素为:%s" % (seq_list.size, seq_list.num, seq_list.data))
seq_list.rand_remove(-1)
print("当前顺序表大小为:%d 表中元素个数为:%d 表中元素为:%s" % (seq_list.size, seq_list.num, seq_list.data))
seq_list.reverse()
print("当前顺序表大小为:%d 表中元素个数为:%d 表中元素为:%s" % (seq_list.size, seq_list.num, seq_list.data))
seq_list.clear()
print("当前顺序表大小为:%d 表中元素个数为:%d 表中元素为:%s" % (seq_list.size, seq_list.num, seq_list.data))
结果
当前顺序表大小为:8 表中元素个数为:0 表中元素为:[None, None, None, None, None, None, None, None]
当前顺序表大小为:8 表中元素个数为:4 表中元素为:[10, 76, 'haha', 12.6, None, None, None, None]
当前顺序表大小为:8 表中元素个数为:5 表中元素为:[10, 'python', 76, 'haha', 12.6, None, None, None]
76
当前顺序表大小为:8 表中元素个数为:5 表中元素为:[10, 100, 76, 'haha', 12.6, None, None, None]
当前顺序表大小为:8 表中元素个数为:4 表中元素为:[10, 100, 76, 'haha', 12.6, None, None, None]
当前顺序表大小为:8 表中元素个数为:4 表中元素为:['haha', 76, 100, 10, 12.6, None, None, None]
当前顺序表大小为:8 表中元素个数为:0 表中元素为:[None, None, None, None, None, None, None, None]