数据结构和算法(二)顺序表

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]
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 213,014评论 6 492
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,796评论 3 386
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 158,484评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,830评论 1 285
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,946评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,114评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,182评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,927评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,369评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,678评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,832评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,533评论 4 335
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,166评论 3 317
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,885评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,128评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,659评论 2 362
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,738评论 2 351

推荐阅读更多精彩内容